Question

【题目】CO2和CO可作为工业合成甲醇（CH3OH）的直接碳源，还可利用CO2据电化学原理制备塑料，既减少工业生产对乙烯的依赖，又达到减少CO2排放的目的。

（1）利用CO2和H2反应合成甲醇的原理为：CO2（g）＋3H2（g）CH3OH（g）＋H2O（g）。

上述反应常用CuO和ZnO的混合物作催化剂。相同的温度和时间段内，催化剂中CuO的质量分数对CO2的转化率和CH3OH的产率影响的实验数据如下表所示：

ω（CuO）／％	10	20	30	4b	50	60	70	80	90
CH3OH的产率	25％	30％	35％	45％	50％	65％	55％	53％	50％
CO2的转化率	10％	13％	15％	20％	35％	45％	40％	35％	30％

由表可知，CuO的质量分数为________催化效果最佳。

（2）利用CO和H2在一定条件下可合成甲醇，发生如下反应：CO（g）＋2H2（g）CH3OH（g），其两种反应过程中能量的变化曲线如下图a、b所示，下列说法正确的是（______）

A．上述反应的ΔH＝－91kJ·mol－1

B．a反应正反应的活化能为510kJ·mol－1

C．b过程中第Ⅰ阶段为吸热反应，第Ⅱ阶段为放热反应

D．b过程使用催化剂后降低了反应的活化能和ΔH

E．b过程的反应速率：第Ⅱ阶段＞第Ⅰ阶段

（3）①在1L的恒定密闭容器中按物质的量之比1︰2充入CO和H2，测得平衡混合物中CH3OH的体积分数在不同压强下随温度的变化情况如图1所示，则压强P2________P1（填“＞”、“＜”或“＝”）；平衡由A点移至C点、D点移至B点，分别可采取的具体措施为________、________；在c点时，CO的转化率为________。

②甲和乙两个恒容密闭容器的体积相同，向甲中加入1molCO和2molH2，向乙中加入2molCO和4molH2，测得不同温度下CO的平衡转化率如图2所示，则L、M两点容器内压强：P（M）________2P（L）；平衡常数：K（M）________K（L）。（填“＞”、“＜”或“＝”）

（4）以纳米二氧化钛膜为工作电极，稀硫酸为电解质溶液，在一定条件下通入CO2进行电解，在阴极可制得低密度聚乙烯（简称LDPE）。

①电解时，阴极的电极反应式是________。

②工业上生产1.4×102kg的LDPE，理论上需要标准状况下________L的CO2。

Answer 1

【答案】60％ ACE ①＜ 保持压强为p2，将温度由250℃升高到300℃ 保持温度为300℃，将压强由p3增大到p1 75％ ＞ < ①2n CO2 + 12nH+ + 12n e— == + 4n H2O ②2.24×105

【解析】

根据反应前后的能量变化分析反应是吸热还是放热；根据勒夏特列原理分析平衡的移动及计算转化率；根据电解原理书写电极反应及进行相关计算。

（1）由表可知，CuO的质量分数为50％催化效果最佳，故答案为：50％；

（2）A．由图所示：ΔH=419kJ·mol－1-510kJ·mol－1=-91kJ·mol－1，故A正确；

B．由图所示：a反应正反应的活化能为419kJ·mol－1，故B错误；

C．由图所示：第Ⅰ阶段反应之后的产物能量高于起始产物的能量，所以第Ⅰ阶为吸热反应，同时第Ⅰ阶段反应之后的产物能量高于最终产物的能量，所以第Ⅱ阶段为放热反应，故C正确；

D．b过程使用催化剂后降低了反应的活化能，但ΔH不变，故D错误；

E．由图所示，b过程第Ⅱ阶段的活化能小于第Ⅰ阶段，所以反应速率：第Ⅱ阶段＞第Ⅰ阶段，故E正确；

故答案为：ACE；

（3）①根据勒夏特列原理，压强增大平衡正方向移动，由图所示，300度时，C点的转化率小于B点，故P2＜P1；平衡由A点移至C点是恒压的条件下是使平衡逆向移动，措施为保持压强为p2，将温度由250℃升高到300℃；D点移至B点是温度不变平衡正向移动，可采取的具体措施为保持温度为300℃，将压强由p3增大到p1；在c点时，甲醇的体积分数为50%，设甲醇的物质的量为n，则反应的CO的物质的量为n，剩余CO的物质的量为1/3n，则CO的转化率为×100%= 75％；

故答案为：＜；保持压强为p2，将温度由250℃升高到300℃；保持温度为300℃，将压强由p3增大到p1；75％；

②M和L点，CO的准化率相同，因为体积相同，且乙中气体是甲中气体的2倍，则相同温度时，P（M）=2P（L），M点的温度高，所以P（M）>2P（L）；平衡常数只和温度有关，该反应为放热反应，温度越高反应进行的限度越小，平衡常数越小，所以K（M）<K（L）；

故答案为：>；<；

（4）①电解时，阴极得电子，发生还原反应，电极反应式是2nCO2 + 12nH+ + 12n e— = + 4n H2O；

②n(CO2)==1×104，V(CO2)=22.4×104=2.24×105；

故答案为：2n CO2 + 12nH+ + 12n e— = + 4n H2O；2.24×105。