Question

【题目】甲醇是重要的化工原料。利用合成气(主要成分为CO、CO2和H2)在催化剂的作用下合成甲醇,可能发生的反应如下：

i. CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) △H1

ii. CO2(g)+ H2(g)CO(g)+H2O(g) △H2

iii. CH3OH(g)CO(g) +2H2(g) △H3

回答下列问题：

(1)已知反应ⅱ中相关化学键键能数据如下：

由此计算△H2=__________kJ·mol－1。已知△H3=99kJ·mol－1,则△H1=_________kJ·mol－1。

(2)一定比例的合成气在装有催化剂的反应器中反应12小时。体系中甲醇的产率和催化剂的催化活性与温度的关系如图1所示。

①温度为470K时,图中P点_______ (填“是”或“不是”)处于平衡状态。在490K之前,甲醇产率随着温度升高而增大的原因是_______;490K之后,甲醇产率下降的原因是_______。

②一定能提高甲醇产率的措施是______________。

A.增大压强 B,升高温度 C.选择合适催化剂 D.加入大量催化剂

(3)图2为一定比例的CO2/H2，CO/H2、CO/CO2/H2条件下甲醇生成速率与温度的关系。

①490K时,根据曲线a、c判断合成甲醇的反应机理是_________ (填“I”或“II")。

②490K时,曲线a与曲线b相比,CO的存在使甲醇生成速率增大,从热力学与动力学角度,并结合反应i、ⅱ分析原因_________。

Answer 1

【答案】 36kJ·mol－1 －63kJ·mol－1 不是 温度越高化学反应速率越快 升高温度，反应i逆向移动，催化剂活性降低 AC Ⅱ CO促进反应Ⅱ逆向移动，二氧化碳和氢气的量增加，水蒸气的量减少

【解析】（1） CO2(g)+ H2(g)CO(g)+H2O(g),反应热=反应物总键能-生成物总键能，故△H2=（2×803+436）kJ．mol－1-(1076kJ．mol－1+2×465kJ．mol－1)= 36kJ·mol－1；

根据盖斯定律：反应Ⅱ-反应Ⅰ=反应Ⅲ，故△H1=△H2－△H3=36kJ．mol－1-（99kJ．mol－1）=-63kJ．mol－1; ①温度为470K时,图中P点 不是处于平衡状态。在490K之前,甲醇产率随着温度升高而增大的原因是温度越高化学反应速率越快;490K之后,甲醇产率下降的原因是升高温度，反应i逆向移动，催化剂活性降低；②A.增大压强,反应Ⅰ平衡正向移动，故A正确； B,升高温度反应Ⅰ是放热反应，平衡逆向移动，故B错误； C.选择合适催化剂，选择生成甲醇，提高甲醇产率，故C正确； D.加入大量催化剂，不能影响平衡，故D错误；故选AC。(3)图2为一定比例的CO2/H2，CO/H2、CO/CO2/H2条件下甲醇生成速率与温度的关系。①490K时，从甲醇的生成速率来看，a曲线大于c曲线，即甲醇来源于CO2 和H2，故490K时,根据曲线a、c判断合成甲醇的反应机理是Ⅱ；②490K时,曲线a与曲线b相比,CO的存在使甲醇生成速率增大,从热力学与动力学角度,并结合反应i、ⅱ分析原因：对ii. CO2(g)+ H2(g)CO(g)+H2O(g)，CO是生成物，CO促进反应Ⅱ逆向移动，二氧化碳和氢气的量增加，水蒸气的量减少，i. CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) 正向进行，故CO的存在使甲醇生成速率增大。