Question

【題目】合理的利用吸收工業(yè)產(chǎn)生的廢氣CO2可以減少污染，變廢為寶。

(1)用CO2可以生產(chǎn)燃料甲醇。

①寫出甲醇的官能團(tuán)名稱____________。

已知：CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(l) △H=-49.0kJmol-1；一定條件下，向體積固定為1 L的密閉容器中充入1mol CO2和3mol H2 ，測(cè)得CO2和CH3OH(g)的濃度隨時(shí)間變化曲線如下圖所示。

②反應(yīng)開(kāi)始至第3分鐘時(shí)，反應(yīng)速率v(H2)＝________mol/(L·min)。

③該條件下，該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為________，CO2的平衡轉(zhuǎn)化率是________；

(2)用CO2合成二甲醚(CH3OCH3)。

①CO2 催化加氫合成二甲醚的過(guò)程中主要發(fā)生下列反應(yīng)：

反應(yīng)I：CO2(g) + H2(g)CO(g) + H2O(g) H= +41.2 kJmol-1

反應(yīng)II: 2CO2(g) + 6H2(g)CH3OCH3(g) + 3H2O(g) H = - 122.5 kJmol-1

其中，反應(yīng)II 分以下a、b兩步完成，請(qǐng)寫出反應(yīng)a的熱化學(xué)方程式。

a．_________

b．2CH3OH(g)CH3OCH3(g) + H2O(g) H = -23.5 kJmol-1

②L(L1、L2)、X分別代表壓強(qiáng)或溫度，下圖表示L一定時(shí)，反應(yīng)II中二甲醚的平衡產(chǎn)率隨X變化的關(guān)系，其中X代表的物理量是______。判斷L1、L2的大小，并簡(jiǎn)述理由：________。

(3) 恒壓時(shí)，在CO2和H2起始量一定的條件下，CO2平衡轉(zhuǎn)化率和平衡時(shí)CH3OCH3的選擇性(CH3OCH3的選擇性=)隨溫度變化如下圖。

①t℃時(shí)，起始投入a molCO2，b mol H2，達(dá)到平衡時(shí)反應(yīng)II消耗的H2的物質(zhì)的量為______mol。

②溫度高于300℃，CO2平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而增大的原因是_________。

Answer 1

【答案】羥基 0.5 75% CO2(g) + 3H2 (g)CH3OH(g) + H2O(g) H = - 49.5 kJmol-1 溫度 L1>L2。反應(yīng)II是氣體化學(xué)計(jì)量數(shù)減少的反應(yīng)，當(dāng)溫度一定時(shí)，增大壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，二甲醚平衡產(chǎn)率增大 3a×40%×76% 反應(yīng)I的H＞0，反應(yīng)II的H＜0 ，溫度升高使CO2轉(zhuǎn)化為CO的平衡轉(zhuǎn)化率上升，使CO2轉(zhuǎn)化為CH3OCH3的平衡轉(zhuǎn)化率下降，且上升幅度超過(guò)下降幅

【解析】

(1)①甲醇的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式是CH3OH；

②根據(jù)υ=計(jì)算

③轉(zhuǎn)化率=；

(2) ①根據(jù)蓋斯定律計(jì)算反應(yīng)a的熱化學(xué)方程式；

②2CO2(g) + 6H2(g)CH3OCH3(g) + 3H2O(g)正反應(yīng)放熱，升高溫度，平衡逆向移動(dòng)；2CO2(g) + 6H2(g)CH3OCH3(g) + 3H2O(g)正反應(yīng)氣體系數(shù)和減小，增大壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)；

(3) ①根據(jù)CH3OCH3的選擇性=計(jì)算反應(yīng)II消耗的H2的物質(zhì)的量；

②反應(yīng)I的H＞0，溫度升高使CO2轉(zhuǎn)化為CO的平衡轉(zhuǎn)化率上升；

(1)①甲醇的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式是CH3OH，甲醇含有官能團(tuán)的名稱是羥基；

②根據(jù)圖象，反應(yīng)開(kāi)始至第3分鐘時(shí)，CO2濃度變化量是0.5mol/L，則氫氣濃度變化量是1.5mol/L，υ=0.5 mol/(L·min)；

③該條件下，CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(l)反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為，CO2的平衡轉(zhuǎn)化率=75%；

(2) ①反應(yīng)II: 2CO2(g) + 6H2(g)CH3OCH3(g) + 3H2O(g) H = - 122.5 kJmol-1；

根據(jù)蓋斯定律(II-b)× 得CO2(g) + 3H2 (g)CH3OH(g) + H2O(g) H= - 49.5 kJmol-1；

②2CO2(g) + 6H2(g)CH3OCH3(g) + 3H2O(g)正反應(yīng)放熱，升高溫度，平衡逆向移動(dòng)；2CO2(g) + 6H2(g)CH3OCH3(g) + 3H2O(g)正反應(yīng)氣體系數(shù)和減小，增大壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)；由圖象可知，隨X的增大，CH3OCH3的產(chǎn)率減小，說(shuō)明平衡逆向移動(dòng)，所以X表示溫度；則L1、L2分別代表不同壓強(qiáng)下CH3OCH3的產(chǎn)率，反應(yīng)II是氣體化學(xué)計(jì)量數(shù)減少的反應(yīng)，當(dāng)溫度一定時(shí)，增大壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，二甲醚平衡產(chǎn)率增大，則L1>L2；

(3) CH3OCH3的選擇性=，t℃時(shí)，CH3OCH3的選擇性是76%，CO2的平衡轉(zhuǎn)化率為40%，則=76%，CH3OCH3的物質(zhì)的量是 mol，反應(yīng)II消耗的H2的物質(zhì)的量是=3a×40%×76%；

②反應(yīng)I的H＞0，反應(yīng)II的H＜0 ，溫度升高使CO2轉(zhuǎn)化為CO的平衡轉(zhuǎn)化率上升，使CO2轉(zhuǎn)化為CH3OCH3的平衡轉(zhuǎn)化率下降，且上升幅度超過(guò)下降幅，所以溫度高于300℃，CO2平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而增大。