Question

【题目】I.甲醛在木材加工、医药等方面有重要用途。甲醇直接脱氢是工业上合成甲醛的新方法，制备过程涉及的主要反应如下：

反应I：CH3OH(g) HCHO(g)+H2(g) △H1

反应II：CH3OH(g)+1/2O2(g) HCHO(g)+H2O(g) △H2= —156.6kJ/mol

反应III：2H2(g)+O2(g) 2H2O(g) △H3= —483.6kJ/mol

（1）计算反应I的反应热△H1=_____________。

（2）750K下，在恒容密闭容器中，发生反应CH3OH(g) HCHO(g)+H2(g），若起始压强为P0，达到平衡转化率为α，则平衡时的总压强P平=___________(用含P0和α的式子表示)；当P0=101kPa，测得α=50.0%，计算反应平衡常数Kp=___________kPa(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数，忽略其它反应)。

II. CO2既是温室气体，也是重要的化工原料，以CO2为原料可合成多种有机物。

（3）二氧化碳与氢气在催化剂作用下可制取低碳烯烃。在一恒容密闭容器中分别投入1molCO2、3molH2，发生反应：2CO2(g)+6H2(g) C2H4(g)+4H2O(g) △H；在不同温度下，用传感技术测出平衡时H2的物质的量变化关系如图所示。

①其他条件不变，起始时若按1molCO2、2molH2进行投料，则CO2的转化率将________(填“增大”“ 减小”或“不变”)。

②△H______ (填“>”“<”或“不能确定”)0。

③若测试中体系内无氧气产生，试结合图示推断热稳定性：C2H4_________(填“>” “<”或“不能

确定”)H2O。

（4）利用光能和光催化剂，可将CO2和H2O(g)转化为CH4和O2。紫外光照射时，在不同催化剂（I、Ⅱ，Ⅲ）作用下，CH4产量随光照时间的变化见图1。在15小时内，CH4的平均生成速率I、Ⅱ和Ⅲ从大到小的顺序为______________（填序号）。

（5）以 TiO2/Cu2Al2O4为催化剂，可以将CO2和CH4直接转化成乙酸。在不同温度下催化剂的催化效率与乙酸的生成速率的关系见图2。乙酸的生成速率主要取决于温度影响的范围是______________________。

Answer 1

【答案】+85.2kJ·mol－1 p0（1+a） 50.5kPa 减小 < < v(Ⅱ）＞v(Ⅲ）＞v(Ⅰ） 300℃～400℃

【解析】

（1）根据盖斯定律进行计算△H2；

（2）根据三段式进行分析计算；压强之比等于物质的量之比，根据平衡常数Kp= 进行计算；

（3）①其它条件不变，起始时若按1molCO2、2 molH2进行投料，与原平衡相比，相当于减小氢气的浓度，据此分析CO2的转化率变化情况；

②△H只与温度有关，由图升高温度，氢气的量增加，平衡逆向移动，正反应放热；

③若测试中体系内无氧气产生，结合图示温度高于TA℃时，n(H2)大幅提高，说明C2H4受热分解生成氢气，进而推断C2H4和H2O热稳定性大小；

（4）由图2可知，在0～15h内，甲烷的物质的量变化量为△n(Ⅱ）＞△n(Ⅲ）＞△n(Ⅰ），从而计算0～15h内，CH4的平均生成速率，进而比较大小；在不同催化剂（I、Ⅱ，Ⅲ）作用下，CH4产量随光照时间的变化，由图1可得：在15小时内，甲烷的物质的量变化量为△n(Ⅱ）＞△n(Ⅲ）＞△n(Ⅰ），据此判断CH4的平均生成速率；

（5）在不同温度下催化剂的催化效率与乙酸的生成速率的关系见图2。温度超过250℃时，催化剂的催化效率降低，在300℃时失去活性，所以温度高于300℃时，乙酸的生成速率升高是由温度升高导致的，据此进行分析。

（1）反应I：CH3OH(g) HCHO(g)+H2(g) △H1

反应II：CH3OH(g)+1/2O2(g) HCHO(g)+H2O(g) △H2= —156.6kJ/mol

反应III：2H2(g)+O2(g) 2H2O(g) △H3= —483.6kJ/mol

根据盖斯定律，反应I=反应Ⅱ-反应III，计算反应I的反应热△H1=—156.6kJ/mol-（—483.6kJ/mol）=+85.2kJ·mol－1；

（2）若起始压强为P0，达到平衡转化率为α，

CH3OH（g）HCHO（g）+H2（g）

起始（mol） 1 0 0

变化（mol） a a a

平衡（mol） 1-a a a

压强之比等于物质的量之比，则p0：P平=1：（1+a），P平=p0（1+a）；当P0=101kPa，测得α=50.0%，该反应平衡常数Kp= =50.5kPa；

（3）①其他条件不变，起始时若按1molCO2、2 molH2进行投料，与原平衡相比，相当于减小氢气的浓度，则CO2的转化率将减小；

②△H只与温度有关，由图升高温度，氢气的量增加，平衡逆向移动，正反应放热，△H<0；

③若测试中体系内无氧气产生，结合图示温度高于TA℃时，n(H2)大幅提高，说明C2H4受热分解生成氢气，推断热稳定性：C2H4<H2O；

（4）由图2可知，在0～15h内，甲烷的物质的量变化量为△n(Ⅱ）＞△n(Ⅲ）＞△n(Ⅰ），故在0～15h内，CH4的平均生成速率v(Ⅱ）＞v(Ⅲ）＞v(Ⅰ）；在不同催化剂（I、Ⅱ，Ⅲ）作用下，CH4产量随光照时间的变化，由图1可得：在15小时内，甲烷的物质的量变化量为△n(Ⅱ）＞△n(Ⅲ）＞△n(Ⅰ），CH4的平均生成速率I、Ⅱ和Ⅲ从大到小的顺序为v(Ⅱ）＞v(Ⅲ）＞v(Ⅰ）。

（5）在不同温度下催化剂的催化效率与乙酸的生成速率的关系见图2。温度超过250℃时，催化剂的催化效率降低，在300℃时失去活性，所以温度高于300℃时，乙酸的生成速率升高是由温度升高导致的，故乙酸的生成速率主要取决于温度影响的范围是300℃～400℃。