Question

【題目】研究減少CO2排放是一項重要課題。CO2經催化加氫可以生成低碳有機物，主要有以下反應：

反應Ⅰ：CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g) △H1＝－49.6 kJ/mol

反應Ⅱ：CH3OCH3(g)＋H2O(g) 2CH3OH(g) △H2＝＋23.4 kJ/mol

反應Ⅲ：2CO2(g)＋6H2(g) CH3OCH3(g)＋3H2O(g) △H3

（1）△H3＝________kJ/mol。

（2）恒溫恒容條件下，在密閉容器中通入等物質的量的CO2和H2，發生反應I。下列描述能說明反應I達到平衡狀態的是_______（填序號）。

A．反應體系總壓強保持不變

B．容器內的混合氣體的密度保持不變

C．水分子中斷裂2NA個H-O鍵，同時氫分子中斷裂3NA個H-H鍵

D．CH3OH和H2O的濃度之比保持不變

（3）反應II在某溫度下的平衡常數為0.25，此溫度下，在密閉容器中加入等物質的量的CH3OCH3(g)和H2O(g)，反應到某時刻測得各組分濃度如下：

物質	CH3OCH3(g)	H2O(g)	CH3OH(g)
濃度/mol·L－1	1.8	1.8	0.4

此時v正___v逆（填“＞”、“＜”或“＝”），當反應達到平衡狀態時，混合氣體中CH3OH體積分數(CH3OH)% ＝___%。

（4）在某壓強下，反應III在不同溫度、不同投料比時，CO2的平衡轉化率如圖所示。T1溫度下，將6mol CO2和12mol H2充入2 L的密閉容器中，5min后反應達到平衡狀態，則0～5min內的平均反應速率v(CH3OCH3)＝____；KA、KB、KC三者之間的大小關系為____。

（5）恒壓下將CO2和H2按體積比1：3混合，在不同催化劑作用下發生反應I和反應III，在相同的時間段內CH3OH的選擇性和產率隨溫度的變化如圖。其中：CH3OH的選擇性＝×100%

在上述條件下合成甲醇的工業條件是____。

A．210℃ B．230℃ C．催化劑CZT D．催化劑CZ(Zr－1)T

Answer 1

【答案】－122.6 AC ＞ 20 0.18mol·L1·min1 KA＝KC＞KB BD

【解析】

（1）反應Ⅰ：CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g) △H1＝－49.6 kJ/mol

反應Ⅱ：CH3OCH3(g)＋H2O(g) 2CH3OH(g) △H2＝＋23.4 kJ/mol

反應Ⅲ：2CO2(g)＋6H2(g) CH3OCH3(g)＋3H2O(g) △H3

通過蓋斯定律計算△H3＝2△H1－△=－49.6 kJ/mol×2－23.4 kJ/mol =－122.6 kJ/mol，

故答案為：－122.6 kJ/mol；

（2）A．該反應屬于氣體體積變化的反應，所以壓強不變屬于平衡，故A正確；

B．容器內的混合氣體的密度等于質量除以體積，反應前后質量與體積都不變，故密度是個不變量，故B錯誤；

C．水分子中斷裂2NA個H-O鍵，同時氫分子中斷裂3NA個H-H鍵，速率之比等于化學計量數之比，且方向相反，故C正確；

D．CH3OH和H2O的濃度之比保持不變 ，相當于兩者之比等于1:1，不能說明平衡狀態，故D錯誤；

故答案為：AC ；

（3）在CH3OCH3(g)＋H2O(g) 2CH3OH(g) 中，根據Qc=(CH3OH)2/(CH3OCH3)(H2O)=0.42/1.8×1.8<0.25，說明平衡正向移動，故此時v正>v逆

CH3OCH3(g)＋H2O(g) 2CH3OH(g)

起始 1.8 1.8 0.4

反應 x x 2x

平衡 1.8-x 1.8-x 0.4+2x

根據K=（ 0.4+2x）（0.4+2x）/（1.8-x）（ 1.8-x ）=0.25，混合氣體中CH3OH體積分數(CH3OH)% =(1.8-x )/( 1.8-x+1.8-x +0.4+2x)= 20 % ，

故答案為：20；

（4）2CO2(g)＋6H2(g) CH3OCH3(g)＋3H2O(g)

起始（mol） 6 12 0 0

反應（mol） 2x 6x x 3x

平衡（mol） 6-2x 12-6x x 3x

根據CO2的平衡轉化率，T1溫度下CO2的轉化率為60% ，所以有2x/6=0.6,解得x=1.8，故0～5min內的平均反應速率v(CH3OCH3) =1.8mol÷2L÷5min= 0.18mol·L1·min1 ；

化學平衡常數只與溫度有關，放熱反應呈反比，所以KA、KB、KC三者之間的大小關系為KA＝KC＞KB ；

故答案為： 0.18mol·L1·min1 ；KA＝KC＞KB ；

（5）根據上圖轉化率與本題要求，合成甲醇的工業條件要求“多快好省” ，選擇合適的溫度和合適的催化劑，故選擇230℃和催化劑CZ(Zr－1)T ，

故答案為：BD