当今世界多国相继规划了碳达峰、碳中和的时间节点。因此,研发二氧化碳利用技术,降低空气中二氧化碳含量成为研究热点。其中用CO2、H2为原料合成甲醇(CH3OH)过程主要涉及以下反应:
反应Ⅰ:CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1
反应Ⅱ:CO2(g)+H2(g)⇌CO(g)+H2O(g) ΔH2=+41.2kJ•mol-1
反应Ⅲ:12CO(g)+H2(g)⇌2CH3OH(g) ΔH3=-45.1kJ•mol-1

(1)根据盖斯定律,反应Ⅰ的ΔH1= -49.0kJ/mol-49.0kJ/mol。
(2)我国学者结合实验与计算机模拟结果,研究了CO2与H2在TiO2/Cu催化剂表面生成CH3OH和H2O的部分反应历程,如图1所示,其中吸附在催化剂表面的物种用*标注。
反应历程中反应速率最快一步的能垒(活化能)的E正= 0.610.61eV。并写出该历程的化学方程式 HOCO*+H*=CO*+H*+OH*ΔH=+0.20 (ev)HOCO*+H*=CO*+H*+OH*ΔH=+0.20 (ev)。
(3)上述反应体系在一定条件下建立平衡后,下列说法正确的有 ACAC(填字母)。
A.升高温度,反应Ⅱ正向移动,反应Ⅲ逆向移动
B.加入反应Ⅰ的催化剂,可以降低反应的活化能及反应热
C.增大H2的浓度,有利于提高CO2的平衡转化率
D.及时分离出CH3OH,可以使得反应Ⅰ的正反应速率增大
(4)加压,甲醇产率将 升高升高(填“升高”“不变”“降低”或“无法确定”);若原料二氧化碳中掺混一氧化碳,随一氧化碳含量的增加,甲醇产率将 升高升高(填“升高”“不变”“降低”或“无法确定”)。
(5)加入新催化剂使1mol CO2和3mol H2在1L密闭容器中只发生反应Ⅰ、Ⅱ,CO2平衡转化率和甲醇选择率(甲醇选择率是指转化生成甲醇的CO2物质的量分数)与温度的变化趋势如图2所示。
①由图可知,达到平衡时,最适宜的反应温度是 513K513K(填“473K”“513K”或“553K”)。
②553K时,若反应后体系的总压为p,反应Ⅰ的Kp= 0.123.76P×0.23.76P0.83.76P×(2.563.76P)30.123.76P×0.23.76P0.83.76P×(2.563.76P)3(列出计算式)。(Kp为压强平衡常数,其表达式写法:在浓度平衡常数表达式中用气体分压代替浓度,气体的分压等于总压乘以物质的量分数。)
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【答案】-49.0kJ/mol;0.61;HOCO*+H*=CO*+H*+OH*ΔH=+0.20 (ev);AC;升高;升高;513K;
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【解答】
【点评】
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发布:2024/9/20 5:0:9组卷:19引用:1难度:0.6
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