Question

【題目】2018年，美國(guó)退出了《巴黎協(xié)定》實(shí)行再工業(yè)化戰(zhàn)略，而中國(guó)卻加大了環(huán)保力度，生動(dòng)詮釋了我國(guó)負(fù)責(zé)任的大國(guó)形象。近年來，我國(guó)大力加強(qiáng)溫室氣體CO2催化氫化合成甲醇技術(shù)的工業(yè)化量產(chǎn)研究，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

（1）已知：CO2（g）+ H2（g）H2O（g） +CO（g） ΔH1 = + 41.1 kJmol-1

CO（g）+2H2（g）CH3OH（g） ΔH2= －90.0 kJmol-1

寫出CO2催化氫化合成甲醇的熱化學(xué)方程式_________。

（2）為提高CH3OH產(chǎn)率，理論上應(yīng)采用的條件是_________（填字母）。

a 高溫高壓 b 低溫低壓 c 高溫低壓 d 低溫高壓

（3）250℃、在體積為2.0 L的恒容密閉容器中加入6 mol H2、2 mol CO2和催化劑，10 min時(shí)反應(yīng)達(dá)到平衡，測(cè)得c（CH3OH） = 0.75 mol· L－1。

① 前10 min的平均反應(yīng)速率v（H2）＝______ mol·L－1·min－1。

② 化學(xué)平衡常數(shù)的值 ______。

（4）以CO2（g）和H2（g）為原料合成甲醇，反應(yīng)的能量變化如下圖所示。

① 補(bǔ)全上圖：圖中A處應(yīng)填入_____。

② 該反應(yīng)需要加入銅－鋅基催化劑。加入催化劑后，該反應(yīng)的Δ H_____（填“變大”“變小”或“不變”）。

（5）CO2還可以與CH4反應(yīng)生成CH3COOH。反應(yīng)歷程如下圖1。（中間體的能量關(guān)系如虛框中曲線所示） 室溫下某溶液中CH3COOH和CH3COO－兩種微粒濃度隨pH變化的曲線，如下圖2。
①中間體①的能量______中間體②的能量。（填：“>”或“=”或“<”）

②從圖2中得出，室溫下，CH3COOH的電離常數(shù)值為____。

Answer 1

【答案】CO2（g）+3H2（g）═CH3OH（g）+H2O（g）△H=-48.9kJ/mol d 0.225 5.3 1mol CO2（g）+3mol H2（g） 不變 > 10-4.76

【解析】

(1)利用已知熱化學(xué)方程式，求出CO2催化氫化合成甲醇的熱化學(xué)方程式。

(2)該反應(yīng)為體積縮小的放熱反應(yīng)，所以應(yīng)加壓、降溫。

(3)利用三段式，可計(jì)算出反應(yīng)速率及平衡常數(shù)。

(4)催化劑能加快反應(yīng)速率，但不能改變反應(yīng)的熱效應(yīng)。

(5)從圖中可看出兩中間體的能量關(guān)系；找出圖中的特殊點(diǎn)，可計(jì)算出電離常數(shù)。

（1）已知：CO2（g）+ H2（g）H2O（g）+CO（g） ΔH1 = + 41.1 kJmol-1

CO（g）+2H2（g）CH3OH（g） ΔH2= －90.0 kJmol-1

將兩熱化學(xué)方程式相加，即可得出CO2催化氫化合成甲醇的熱化學(xué)方程式：

CO2（g）+3H2（g）═CH3OH（g）+H2O（g） △H=-48.9kJ/mol，

答案：CO2（g）+3H2（g）═CH3OH（g）+H2O（g）△H=-48.9kJ/mol。

（2）因?yàn)榇朔磻?yīng)為放熱的體積縮小的可逆反應(yīng)，所以為提高CH3OH產(chǎn)率，理論上應(yīng)采用的條件是加壓、降溫；

答案：d。

（3） CO2（g）+3H2（g）═CH3OH（g）+H2O（g）

起始量 1mol/L 3mol/L 0 0

變化量 0.75mol/L 2. 25mol/L 0.75mol/L 0.75mol/L

平衡量 0.25mol/L 0.75mol/L 0.75mol/L 0.75mol/L

① 前10 min的平均反應(yīng)速率v（H2）＝ mol·L－1·min－1；

答案：0.225。

② 化學(xué)平衡常數(shù)的值；

答案：5.3。

（4）① 圖中A處應(yīng)填入1mol CO2（g）+3mol H2（g）；

答案：1mol CO2（g）+3mol H2（g）。

② 因?yàn)榇呋瘎┎荒芨淖兎磻?yīng)物的轉(zhuǎn)化率，所以加入催化劑后，該反應(yīng)的Δ H不變；

答案：不變。

（5）①從圖中可以看出，中間體①的能量>中間體②的能量；

答案：>

②我們選擇兩條曲線的交叉點(diǎn)，在此點(diǎn)c(CH3COO－)= c(CH3COOH)，且c(H+)=10-4.76，

室溫下，CH3COOH的電離常數(shù)值為 ；

答案：10-4.76