Question

CO₂的固定和利用在降低溫室氣體排放中具有重要作用，從CO₂加氫合成甲醇不僅可以有效緩解減排壓力，還是其綜合利用的一條新途徑。CO₂和H₂在催化劑作用下能發生反應CO₂＋3H₂CH₃OH＋H₂O，測得甲醇的理論產率與反應溫度、壓強的關系如圖所示。請回答下列問題：

（1）提高甲醇產率的措施是                                                      。
（2）分析圖中數據可知，在220 ℃、5MPa時，CO₂的轉化率為                ，再將溫度降低至
140℃，壓強減小至2MPa，化學反應速率將                （填“增大、減小 或 不變“ 下同），CO₂的轉化率將                                。
（3）200℃時，將0.100molCO₂和0.275molH₂充入1L密閉容器中，在催化劑作用下反應達到平衡。若CO₂的轉化率為25%，則此溫度下該反應的平衡常數K＝                。(要求寫出算式和計算結果)
（4）已知已知：CO的燃燒熱△H＝－283.0KJ/mol、2H₂(g)+O₂(g)＝2H₂O(g)  △H＝－483.6KJ/mol、
CO(g)+2H₂(g)＝CH₃OH(g) △H＝－90.1KJ/mol，寫出CO₂與H₂合成甲醇的熱化學方程式       。

Answer 1

（1）降溫、加壓（2分） （2）25%（2分）  減小（2分）  增大（2分）
（3）＝＝1.04 （3分）
（4）CO₂(g)＋3H₂(g)===CH₃OH(g)＋H₂O(g) ?H＝-48.9 kJ/mol（3分）

試題分析：（1）根據圖像可知，隨著溫度的升高，甲醇的產率降低，這說明正方應是放熱反應。再溫度相同時，增大壓強，甲醇的產率增大，所以提高甲醇產率的措施是降溫、加壓。
（2）分析圖中數據可知，在220 ℃、5MPa時，甲醇的產率是25%。根據碳原子守恒，1molCO₂生成1mol甲醇，因此甲醇的產率就是CO₂的轉化率，所以CO₂的轉化率為25%。降溫并同時降低壓強，反應速率減小。由于正方應是放熱的體積減小的可逆反應，因此降溫和降低壓強平衡均向正反應方向移動，所以CO₂的轉化率增大。
（3）           CO₂(g)＋3H₂(g)===CH₃OH(g)＋H₂O(g)
起始濃度（mol/L）0.100   0.275       0         0
轉化濃度（mol/L）0.0250  0.0750     0.0250     0.0250
平衡濃度（mol/L）0.0750  0.200      0.0250     0.0250
所以該溫度下反應的平衡常數K＝＝＝1.04
（4）CO的燃燒熱△H＝－283.0KJ/mol，則有熱化學方程式①2CO(g)＋O₂(g)＝2CO₂(g) △H＝－566.0KJ/mol。又因為反應②2H₂(g)+O₂(g)＝2H₂O(g)  △H＝－483.6KJ/mol、③CO(g)+2H₂(g)＝CH₃OH(g) △H＝－90.1KJ/mol，所以根據蓋斯定律可知，(③×2－①＋②)÷2，及得到反應CO₂(g)＋3H₂(g)===CH₃OH(g)＋H₂O(g)，所以該反應的反應熱?H＝（－90.1KJ/mol×2＋566.0KJ/mol－483.6KJ/mol）÷2＝-48.9 kJ/mol。