Question

【題目】甲醇是重要的化工原料。利用合成氣(主要成分為CO、CO2和H2)在催化劑的作用下合成甲醇，可能發生的反應如下：

①CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH1

②CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)　ΔH2

③CH3OH(g)CO(g)+2H2(g)　ΔH3

（1）已知反應②中相關化學鍵鍵能數據如下：

化學鍵	H－H	C＝O	C≡O	H－O
E/kJ·mol－1	436	803	1076	465

由此計算ΔH2＝____kJ·mol－1。已知ΔH3＝＋99kJ·mol－1，則ΔH1＝____kJ·mol－1。

（2） 一定比例的合成氣在裝有催化劑的反應器中反應12小時。體系中甲醇的產率和催化劑的催化活性與溫度的關系如圖所示。

①溫度為470K時，圖中P點____(填“是”或“不是”)處于平衡狀態，490K之后，甲醇產率隨溫度升高而減小的原因除了升高溫度使反應①平衡逆向移動以外，還有___________________________________________________________、______________________________________________________________________。

②一定能提高甲醇產率的措施是______。

A．增大壓強 B．升高溫度 C．選擇合適催化劑 D．加入大量催化劑

（3）如圖為一定比例的CO2+H2，CO+H2、CO/CO2+H2條件下甲醇生成速率與溫度的關系。

①490K時，根據曲線a、c判斷合成甲醇的反應機理是______(填I或II)

Ⅰ．CO2COCH3OH

II．COCO2 CH3OH＋H2O

②490K時，曲線a與曲線b相比，CO的存在使甲醇生成速率增大，從平衡移動的角度，結合反應①、②分析原因___________________________。

Answer 1

【答案】+36 —63 不是 升高溫度使反應③平衡正向移動 催化劑活性降低 AC Ⅱ CO促進反應②逆向移動，使反應①中CO和H2的量增加，水蒸氣的量減少

【解析】

（1）蓋斯定律的應用、根據鍵能計算反應熱；

（2）勒夏特列定理的應用以及條件的選擇；

（1）CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH2=反應物的總鍵能-生成物的總鍵能，帶入數據，；根據蓋斯定律，反應①=②-③，ΔH1=ΔH2-ΔH3=+36-99kJ/mol=-63 kJ/mol；答案為+36 -63；

（2）P點不處于平衡狀態。在490K之前，甲醇產率隨著溫度升高而增大的原因是溫度越高化學反應速率越快，沒有達到平衡前，一直向平衡狀態移動，產率一直增大；在490K之后，產率下降，從圖中可以看出來，催化劑的活性降低，且由于溫度越高，反應①平衡逆向移動，此外反應③時吸熱反應，溫度越高，正向移動，甲醇的產率也降低；要提高甲醇的產率使反應正向移動，而反應催化劑活性要好，A增大壓強，反應①平衡正向移動，而且反應③逆向移動，有利于增加甲醇的產率，A符合題意；B升高溫度，從圖可知，B不符合題意；C選擇合適催化劑，選擇生成甲醇，減少反應②的發生，提高甲醇的產率，C符合題意；D加入大量催化劑，催化劑不改變平衡，不會影響甲醇的轉化率，D不符合題意。答案為不是 升高溫度使反應③平衡正向移動 催化劑活性降低 AC；

（3）①490K時，從甲醇的生成速率比較，a曲線大于c曲線，即甲醇來源于CO2和H2，故490K時，合成甲醇的機理為Ⅱ；②490K時，曲線a與曲線b相比，CO的存在使甲醇生成速率增大，對反應②，CO是生成物，CO促使反應②逆向移動，CO2和H2的量增加，水蒸氣的量減少，反應①正向進行，故CO的存在使甲醇生成速率增大。答案為Ⅱ CO促進反應②逆向移動，使反應①中CO和H2的量增加，水蒸氣的量減少。