Question

【题目】研究减少CO2排放是一项重要课题。CO2经催化加氢可以生成低碳有机物，主要有以下反应：

反应Ⅰ：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) △H1=－49.6kJ/mol

反应Ⅱ：CH3OCH3(g)＋H2O(g)2CH3OH(g) △H2＝＋23.4kJ/mol

反应Ⅲ：2CO2(g)＋6H2(g)CH3OCH3(g)＋3H2O(g) △H3

（1）△H3＝_______。

（2）恒温恒容条件下，在密闭容器中通入等物质的量的CO2和H2，发生反应I。下列描述能说明反应I达到平衡状态的是_______（填序号）。

A.反应体系总压强保持不变

B.容器内的混合气体的密度保持不变

C.水分子断裂2NA个H-O键，同时氢分子断裂3NA个H-H键

D.CH3OH和H2O的浓度之比保持不变

（3）反应II在某温度下的平衡常数为0.25，此温度下，在密闭容器中加入等物质的量的CH3OCH3(g)和H2O(g)，反应到某时刻测得各组分浓度如下：

物质	CH3OCH3(g)	H2O(g)	CH3OH(g)
浓度/mol·L-1	1.8	1.8	0.4

此时v正_______v逆（填“＞”、“＜”或“＝”），当反应达到平衡状态时，混合气体中CH3OH体积分数(CH3OH)%=_______%。

（4）在某压强下，反应III在不同温度、不同投料比时，CO2的平衡转化率如图所示。T1温度下，将6molCO2和12molH2充入2L的密闭容器中，5min后反应达到平衡状态，则0～5min内的平均反应速率v(CH3OCH3)=_______；KA、KB、KC三者之间的大小关系为________。

（5）恒压下将CO2和H2按体积比1：3混合，在不同催化剂作用下发生反应I和反应III，在相同的时间段内CH3OH的选择性和产率随温度的变化如图。其中：CH3OH的选择性=×100%。

①温度高于230℃，CH3OH产率随温度升高而下降的原因是______。

②在上述条件下合成甲醇的工业条件是_______。

A.210℃ B.230℃ C.催化剂CZT D.催化剂CZ(Zr－1)T

（6）CO2可以被(NH4)2CO3溶液捕获，反应为(NH4)2CO3(aq)＋H2O(l)＋CO2(g)=2NH4HCO3(aq)。为研究温度对(NH4)2CO3捕获CO2 效率的影响，在某温度T1下，将一定量的(NH4)2CO3溶液置于密闭容器中，并充入一定量的CO2气体(用氮气作为稀释剂)，在t时刻，测得容器中CO2气体的浓度。然后分别在温度为T2、T3、T4、T5下，保持其他初始实验条件不变，重复上述实验，经过相同时间测得CO2气体浓度，其关系如图，则ΔH______0(填“>”、“＝”或“<”)。

Answer 1

【答案】-122.6kJ/mol AC ＞ 20 0.18mol·L1·min1 KA＝KC＞KB 反应I的△H＜0，温度升高，使CO2转化为CH3OH的平衡转化率下降 BD <

【解析】

（1）根据盖斯定律，△H3=2△H1-△H2= -122.6kJ/mol；

（2）反应I：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)，

A、该反应是气体体积减小的反应，在恒容条件下，随着反应的进行，体系的总压强减小，所以当体系的总压强不变时，说明反应I达到平衡状态，A正确；

B、反应在恒容条件下进行，且体系的各组分都是气体，则体系的质量和体积始终不变，所以混合气体的密度保持不变，不能说明反应I达到平衡状态，B错误；

C、任何时候都有水分子断裂2NA个H-O键，氢分子生成3NA个H-H键，当氢分子同时生成和断裂3NA个H-H键时，说明反应I达到平衡状态，C正确；

D、反应中，CH3OH和H2O的浓度比始终保持不变，则该选项不能说明反应I达到平衡状态，D错误；

故选AC；

（3）Qc===0.049<K，则平衡向正反应方向移动，所以v正>v逆；

由于反应向正反应方向移动，设H2O继续转化x mol·L-1，则有

则有：，解得x=0.2，则CH3OH的体积分数为：=20%；

（4）反应III为：2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)，根据题意，投料比n(H2):n(CO2)=12mol:6mol=2，根据图像可知CO2的平衡转化率为60%，即△n(CO2)=6mol×60%=3.6mol，根据方程式可知: △n(CH3OCH3)=1.8mol，则v(CH3OCH3)== 0.18mol·L-1·min-1；由于A和C的温度相同，且K只和温度有关，所以KA=KC；因为反应III是放热反应，T1→T2，CO2的平衡转化率下降，说明该过程是升温过程，则KA>KB；所以有KA=KC＞KB；

（5）反应是放热反应，温度升高，平衡向逆反应方向移动，CO2的转化率下降；从选择性来看，催化剂CZ(Zr-1)T的效果更好，从产率来看，230℃时甲醇的产率更好，故选BD；

（6）观察图像的后半段，随着温度的升高，CO2的浓度增大，是因为溶液中NH4HCO3分解的量越来越多，则该分解反应是吸热反应，所以(NH4)2CO3捕获CO2的反应是放热反应，即ΔH<0。