Question

【题目】CO2回收与利用是环境科学家研究的热点课题。利用CO2制备合成气（CO、H2），再制备高值产品，如甲醇等，也可以利用CO2直接制备甲醇等产品。

（1）已知几种反应的正反应活化能（E1）、逆反应活化能（E2）如表所示：

序号	化学反应	E1/（kJ·mol-1）	E2/（kJ·mol-1）
①	2CO（g）+O2（g）===2CO2（g）	1954	2519
②	H2(g)+O2(g)=H2O(l)	685	970
③	2CH3OH（g）+3O2（g）===2CO2（g）+4H2O（l）	3526	4978

在相同条件下，起始反应最快的是____（填序号）。由H2和CO合成气态甲醇的热化学方程式为________。

（2）T1℃下，在2L恒容密闭容器中充入0.20mol CO和0.60mol H2合成CH3OH，发生反应：CO（g）+2H2（g）CH3OH（g） △H<0，经5min恰好达到平衡，CH3OH的浓度是0.05mol·L-1。

①T1℃时，以H2表示的反应的平均速率为___，平衡常数K=____。

②（T1+100）℃时，在1L恒容密闭容器中充入0.10molCO、0.20molH2和0.30mol CH3OH，此时反应将____（填“向左移动”“向右移动”“达到平衡”或“无法判断”）。

（3）CO2和H2在催化剂作用下反应，可以直接合成甲醇：CO（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g） △H<0，测得相同时间内甲醇产率与温度的关系如图所示。

①温度在800℃时甲醇产率最高的主要原因是/span>____。

②下列措施能提高CO2平衡转化率的是____（填字母）。

A．升温 B．加压 C．加入催化剂 D．增大H2浓度

（4）利用电解法在酸性条件下将CO2和H2O转化或CO和H2，阴极反应式之一为CO2+2e-+2H+=CO+H2O，其机理如下：①CO2+2e-+H2O===CO+2OH-（慢反应）；②OH-+CO2=HCO3-（快反应）；③HCO3-+H+=CO2+H2O（快反应）。其中水的作用是___；控制阴板反应速率的反应是___（填序号）。

Answer 1

【答案】② CO（g）+2H2（g）===CH3OH（g） △H=-126.5kJ·mol-1 0.02mol·L-1·min-1 25 向左移动 200~800℃间，温度升高速率增大，800~1000℃间催化剂活性（或选择性）降低，速率减慢，升高温度平衡逆向移动， 甲醇产率降低，所以温度在800℃时甲醇产率最高 BD 催化作用 ①

【解析】

（1）正反应活化能小，活化分子百分数越大；反应热等于正、逆反应活化能之差，先求出反应①、②、③的反应热，再由盖斯定律计算H2和CO合成气态甲醇的反应热；

（2）利用“三段式”计算速率和平衡常数；根据Q、K的关系判断反应方向；

（3）根据影响速率和平衡移动的因素分析；

（4）慢反应决定总反应的速率。

（1）正反应活化能小，活化分子百分数越大，开始反应速率越大，所以在相同条件下，起始反应最快的是②。反应热等于正、逆反应活化能之差，①2CO（g）+O2（g）===2CO2（g）△H=-565kJ·mol-1 、②H2(g)+O2(g)=H2O(l) △H=-285kJ·mol-1、③2CH3OH（g）+3O2（g）===2CO2（g）+4H2O（l） △H=-1452kJ·mol-1；由盖斯定律知，①×+②×2-③×得CO（g）+2H2（g）===CH3OH（g） △H=-126.5kJ·mol-1；

（2）CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）

开始 0.1 0.3 0

转化 0.05 0.1 0.05

平衡 0.05 0.2 0.05

①v(H2)= ， 。

②正反应放热，在（T1+100）℃时平衡常数K<25，，反应向左进行。

（3）①200~800℃间，升温，反应速率增大，产率升高；800~1000℃，升温，催化剂活性或选择性降低，产率降低，升高温度平衡逆向移动， 甲醇产率降低。

②从平衡移动角度，升高温度，平衡逆向移动，升温二氧化碳转化率降低；增大压强和增大氢气浓度都能使平衡向右移动，提高CO2的转化率；加入催化剂平衡不移动，二氧化碳转化率不变，故选BD。

（4）观察三步反应知，水参与第①步反应，第③步反应生成水，水起催化作用。第①步反应较慢，控制阴极反应反应速率的是①。