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：

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

回答下列問題：

(1)已知反應ⅱ中相關化學鍵鍵能數據如下：

由此計算△H2=__________kJ·mol－1。已知△H3=99kJ·mol－1,則△H1=_________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1所示。

①溫度為470K時,圖中P點_______ (填“是”或“不是”)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_______;490K之后,甲醇產率下降的原因是_______。

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)圖2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")。

②490K時,曲線a與曲線b相比,CO的存在使甲醇生成速率增大,從熱力學與動力學角度,并結合反應i、ⅱ分析原因_________。

Answer 1

【答案】 36kJ·mol－1 －63kJ·mol－1 不是 溫度越高化學反應速率越快 升高溫度，反應i逆向移動，催化劑活性降低 AC Ⅱ CO促進反應Ⅱ逆向移動，二氧化碳和氫氣的量增加，水蒸氣的量減少

【解析】（1） CO2(g)+ H2(g)CO(g)+H2O(g),反應熱=反應物總鍵能-生成物總鍵能，故△H2=（2×803+436）kJ．mol－1-(1076kJ．mol－1+2×465kJ．mol－1)= 36kJ·mol－1；

根據蓋斯定律：反應Ⅱ-反應Ⅰ=反應Ⅲ，故△H1=△H2－△H3=36kJ．mol－1-（99kJ．mol－1）=-63kJ．mol－1; ①溫度為470K時,圖中P點 不是處于平衡狀態。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;490K之后,甲醇產率下降的原因是升高溫度，反應i逆向移動，催化劑活性降低；②A.增大壓強,反應Ⅰ平衡正向移動，故A正確； B,升高溫度反應Ⅰ是放熱反應，平衡逆向移動，故B錯誤； C.選擇合適催化劑，選擇生成甲醇，提高甲醇產率，故C正確； D.加入大量催化劑，不能影響平衡，故D錯誤；故選AC。(3)圖2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，從甲醇的生成速率來看，a曲線大于c曲線，即甲醇來源于CO2 和H2，故490K時,根據曲線a、c判斷合成甲醇的反應機理是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,從熱力學與動力學角度,并結合反應i、ⅱ分析原因：對ii. CO2(g)+ H2(g)CO(g)+H2O(g)，CO是生成物，CO促進反應Ⅱ逆向移動，二氧化碳和氫氣的量增加，水蒸氣的量減少，i. CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) 正向進行，故CO的存在使甲醇生成速率增大。