问题详情:
近年我国大力加强温室气体CO2催化*化合成*醇技术的工业化量产研究,实现可持续发展。
(1)已知:CO2(g)+H2(g) ⇌H2O(g) +CO(g) ΔH1 = + 41.1 kJ•mol-1
CO(g)+2H2(g) ⇌CH3OH(g) ΔH2=-90.0 kJ•mol-1
写出CO2催化*化合成*醇的热化学方程式:___________________________________________。
(2)为提高CH3OH产率,理论上应采用的条件是_______(填字母)。
a.高温高压 b.低温低压 c.高温低压 d.低温高压
(3)250℃、在恒容密闭容器中由CO2(g)催化*化合成CH3OH(g),下图为不同投料比[n(H2)/n(CO2)]时某反应物X平衡转化率变化曲线。
反应物X是_______(填“CO2”或“H2”)。
(4)250℃、在体积为2.0L的恒容密闭容器中加入6mol H2、2mol CO2和催化剂,10min时反应达到平衡,测得c(CH3OH) = 0.75 mol· L-1。
①化学平衡常数K = _______。
②催化剂和反应条件与反应物转化率和产物的选择*有高度相关。控制相同投料比和相同反应时间,四组实验数据如下:
实验编号 | 温度(K) | 催化剂 | CO2转化率(%) | *醇选择*(%) |
A | 543 | Cu/ZnO纳米棒 | 12.3 | 42.3 |
B | 543 | Cu/ZnO纳米片 | 11.9 | 72.7 |
C | 553 | Cu/ZnO纳米棒 | 15.3 | 39.1 |
D | 553 | Cu/ZnO纳米片 | 12.0 | 70.6 |
根据上表所给数据,用CO2生产*醇的最优选项为_______(填字母)。
【回答】
(1). 3H2 (g)+CO2 (g) CH3OH(g)+H2O(g) ΔH=-48.9 kJ/mol (2). d (3). CO2 (4). 5.33 (5). B
【解析】
【分析】
(1)根据已知热化学方程式,利用盖斯定律进行分析,将①+②可得CO2催化*化合成*醇的热化学方程式,并据此计算焓变; (2)有利于提高CH3OH平衡转化率,需要使平衡向着正向移动,结合平衡移动原理分析; (3)根据同一反应,增加其中一种反应物的浓度,能提高另一种反应物的转化率,结合图示横坐标表示[n(H2)/n(CO2)],进行分析解答;
(4)①利用三段式计算平衡时各组分的物质的量浓度,再根据化学平衡常数为生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比,计算平衡常数; ②分别对比AB、CD实验,Cu/ZnO纳米片催化剂使反应速率增加,*醇选择*高,对比BD实验,温度升高,CO2转化率升高,而*醇的选择*却降低,据此分析。
【详解】(1)已知:①CO2(g)+H2(g) ⇌H2O(g) +CO(g) ΔH1 = + 41.1 kJ•mol-1;
②CO(g)+2H2(g) ⇌CH3OH(g) ΔH2=-90.0 kJ•mol-1;
利用盖斯定律可知,将①+②可得:CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g)则△H=(+41.1kJ/mol)+(−90kJ/mol)=−48.9kJ/mol;
故*:CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g) △H=−48.9kJ/mol;
(2)CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g) △H=−48.9kJ/mol;该反应是反应前后气体体积减小的反应,加压平衡正向移动,正反应为放热反应,降温平衡正向移动,则为提高CH3OH平衡转化率,即平衡需正向移动,采用的条件为低温高压;
故*为:d;
(3)同一反应,增加其中一种反应物的浓度,能提高另一种反应物的转化率,而本身转化率降低,图示随着横坐标增大[n(H2)/n(CO2)],相当于C(CO2)不变时,增大C(H2),平衡正向移动,使二氧化碳的转化率增大,而*气的转化率降低,所以X为CO2;
故*为:CO2;
(4)①根据已知信息,可列出三段式:
化学平衡常数;
故*为:5.33;
②分别对比AB、CD实验,在同样温度下,Cu/ZnO纳米片催化剂使反应速率增加,*醇选择*高,所以选择BD进行比较,同样催化剂条件下,温度升高,CO2转化率升高,而*醇的选择*却降低,所以用CO2生产*醇的最优选项为B;
故*为:B。
知识点:化学反应速率 化学平衡
题型:综合题