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(fā)生的反應(yīng)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(yīng)②中相關(guān)化學(xué)鍵鍵能數(shù)據(jù)如下：

化學(xué)鍵	H－H	C＝O	C≡O(shè)	H－O
E/kJ·mol－1	436	803	1076	465

由此計(jì)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(yīng)器中反應(yīng)12小時(shí)。體系中甲醇的產(chǎn)率和催化劑的催化活性與溫度的關(guān)系如圖所示。

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

②一定能提高甲醇產(chǎn)率的措施是______。

A．增大壓強(qiáng) 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(guān)系。

①490K時(shí)，根據(jù)曲線a、c判斷合成甲醇的反應(yīng)機(jī)理是______(填I或II)

Ⅰ．CO2COCH3OH

II．COCO2 CH3OH＋H2O

②490K時(shí)，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(dòng)的角度，結(jié)合反應(yīng)①、②分析原因___________________________。

Answer 1

【答案】+36 —63 不是 升高溫度使反應(yīng)③平衡正向移動(dòng) 催化劑活性降低 AC Ⅱ CO促進(jìn)反應(yīng)②逆向移動(dòng)，使反應(yīng)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(yīng)用、根據(jù)鍵能計(jì)算反應(yīng)熱；

（2）勒夏特列定理的應(yīng)用以及條件的選擇；

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

（2）P點(diǎn)不處于平衡狀態(tài)。在490K之前，甲醇產(chǎn)率隨著溫度升高而增大的原因是溫度越高化學(xué)反應(yīng)速率越快，沒有達(dá)到平衡前，一直向平衡狀態(tài)移動(dòng)，產(chǎn)率一直增大；在490K之后，產(chǎn)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(yīng)①平衡逆向移動(dòng)，此外反應(yīng)③時(shí)吸熱反應(yīng)，溫度越高，正向移動(dòng)，甲醇的產(chǎn)率也降低；要提高甲醇的產(chǎn)率使反應(yīng)正向移動(dòng)，而反應(yīng)催化劑活性要好，A增大壓強(qiáng)，反應(yīng)①平衡正向移動(dòng)，而且反應(yīng)③逆向移動(dòng)，有利于增加甲醇的產(chǎn)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(yīng)②的發(fā)生，提高甲醇的產(chǎn)率，C符合題意；D加入大量催化劑，催化劑不改變平衡，不會(huì)影響甲醇的轉(zhuǎn)化率，D不符合題意。答案為不是 升高溫度使反應(yīng)③平衡正向移動(dòng) 催化劑活性降低 AC；

（3）①490K時(shí)，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(shí)，合成甲醇的機(jī)理為Ⅱ；②490K時(shí)，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(yīng)②，CO是生成物，CO促使反應(yīng)②逆向移動(dòng)，CO2和H2的量增加，水蒸氣的量減少，反應(yīng)①正向進(jìn)行，故CO的存在使甲醇生成速率增大。答案為Ⅱ CO促進(jìn)反應(yīng)②逆向移動(dòng)，使反應(yīng)①中CO和H2的量增加，水蒸氣的量減少。