中國首次實現(xiàn)了利用二氧化碳人工合成淀粉,為全球的“碳達峰”、“碳中和”起到重大的支撐作用。其中最關鍵的一步是以CO2為原料制CH3OH。在某CO2催化加氫制CH3OH的反應體系中,發(fā)生的主要反應有:
Ⅰ.CO2(g)+H2(g)?CO(g)+H2O(g)ΔH1=+41.1 kJ?mol-1
Ⅱ.CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)ΔH2=-90.0kJ?mol-1
Ⅲ.CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)ΔH3=-48.9kJ?mol-1
(1)反應Ⅲ的平衡常數(shù)表達式為 K=c(CH3OH)?c(H2O)c(CO2)?c3(H2)K=c(CH3OH)?c(H2O)c(CO2)?c3(H2)。
(2)5Mpa時,往某密閉容器中按投料比n(H2):n(CO2)=3:1充入H2和CO2。反應達到平衡時,測得各組分的物質的量分數(shù)隨溫度變化的曲線如圖1所示。
①圖中Y代表(填化學式) CH3OHCH3OH。
②體系中CO2的物質的量分數(shù)受溫度的影響不大,原因是 溫度改變時,反應Ⅰ和反應Ⅲ平衡移動方向相反溫度改變時,反應Ⅰ和反應Ⅲ平衡移動方向相反。
(3)CO2和H2起始物質的量比為1:3 時,該反應在有、無分子篩膜時甲醇的平衡產率隨溫度的變化如圖2所示,其中分子篩膜能選擇性分離出H2O。溫度低于210℃時,隨著溫度升高有分子篩膜的甲醇產率升高的可能原因是 分子篩分離出H2O促進反應正向進行的程度大于溫度升高反應逆向進行的程度分子篩分離出H2O促進反應正向進行的程度大于溫度升高反應逆向進行的程度。
(4)我國科研人員研究出在Cu-ZnO—ZrO2催化劑上CO2氫化合成甲醇的反應歷程如圖3所示。反應②的化學方程式為 *HCOO+4*H=*H3CO+H2O*HCOO+4*H=*H3CO+H2O;分析在反應氣中加入少量的水能夠提升甲醇產率的可能原因是 H2O(g)為反應③的反應物,適當加入少量的水能夠促進平衡正移,提升甲醇產率H2O(g)為反應③的反應物,適當加入少量的水能夠促進平衡正移,提升甲醇產率。
c
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【考點】化學平衡的影響因素;化學平衡常數(shù)的含義.
【答案】K=;CH3OH;溫度改變時,反應Ⅰ和反應Ⅲ平衡移動方向相反;分子篩分離出H2O促進反應正向進行的程度大于溫度升高反應逆向進行的程度;*HCOO+4*H=*H3CO+H2O;H2O(g)為反應③的反應物,適當加入少量的水能夠促進平衡正移,提升甲醇產率
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【解答】
【點評】
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(1)如圖1是該反應在不同溫度下CO的轉化率隨時間變化的曲線.
①T1和T2溫度下的平衡常數(shù)大小關系是K1K2(填“>”、“<”或“=”).
②以下有關說法正確的是
a.恒溫、恒容條件下,容器內的壓強不發(fā)生變化則可逆反應達到平衡
b.一定條件下,H2的消耗速率是CO的消耗速率的2倍時可逆反應達到平衡
c.使用合適的催化劑能縮短達到平衡的時間并提高CH3OH的產率
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