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＝－49.6 kJ/mol

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

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

（1）△H3＝________kJ/mol。

（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．水分子中断裂2NA个H-O键，同时氢分子中断裂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6mol CO2和12mol H2充入2 L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%

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

Answer 1

【答案】－122.6 AC ＞ 20 0.18mol·L1·min1 KA＝KC＞KB BD

【解析】

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

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

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

通过盖斯定律计算△H3＝2△H1－△=－49.6 kJ/mol×2－23.4 kJ/mol =－122.6 kJ/mol，

故答案为：－122.6 kJ/mol；

（2）A．该反应属于气体体积变化的反应，所以压强不变属于平衡，故A正确；

B．容器内的混合气体的密度等于质量除以体积，反应前后质量与体积都不变，故密度是个不变量，故B错误；

C．水分子中断裂2NA个H-O键，同时氢分子中断裂3NA个H-H键，速率之比等于化学计量数之比，且方向相反，故C正确；

D．CH3OH和H2O的浓度之比保持不变 ，相当于两者之比等于1:1，不能说明平衡状态，故D错误；

故答案为：AC ；

（3）在CH3OCH3(g)＋H2O(g) 2CH3OH(g) 中，根据Qc=(CH3OH)2/(CH3OCH3)(H2O)=0.42/1.8×1.8<0.25，说明平衡正向移动，故此时v正>v逆

CH3OCH3(g)＋H2O(g) 2CH3OH(g)

起始 1.8 1.8 0.4

反应 x x 2x

平衡 1.8-x 1.8-x 0.4+2x

根据K=（ 0.4+2x）（0.4+2x）/（1.8-x）（ 1.8-x ）=0.25，混合气体中CH3OH体积分数(CH3OH)% =(1.8-x )/( 1.8-x+1.8-x +0.4+2x)= 20 % ，

故答案为：20；

（4）2CO2(g)＋6H2(g) CH3OCH3(g)＋3H2O(g)

起始（mol） 6 12 0 0

反应（mol） 2x 6x x 3x

平衡（mol） 6-2x 12-6x x 3x

根据CO2的平衡转化率，T1温度下CO2的转化率为60% ，所以有2x/6=0.6,解得x=1.8，故0～5min内的平均反应速率v(CH3OCH3) =1.8mol÷2L÷5min= 0.18mol·L1·min1 ；

化学平衡常数只与温度有关，放热反应呈反比，所以KA、KB、KC三者之间的大小关系为KA＝KC＞KB ；

故答案为： 0.18mol·L1·min1 ；KA＝KC＞KB ；

（5）根据上图转化率与本题要求，合成甲醇的工业条件要求“多快好省” ，选择合适的温度和合适的催化剂，故选择230℃和催化剂CZ(Zr－1)T ，

故答案为：BD