CO2的資源化利用能有效減少CO2排放,充分利用碳資源。
(1)CO2催化加氫合成二甲醚是一種 CO2轉(zhuǎn)化方法,其過程中主要發(fā)生下列反應(yīng):
反應(yīng)Ⅰ:CO2(g)+H2(g)═CO(g)+H2O(g)△H=+41.2kJ?mol-1
反應(yīng)Ⅱ:2CO2(g)+6H2(g)═CH3OCH3(g)+3H2O(g)△H=-122.5kJ?mol-1,
在恒壓、CO2和H2的起始量一定的條件下,CO2平衡轉(zhuǎn)化率和平衡時(shí) CH3OCH3 的選擇性隨溫度的變化如圖1。
其中:CH3OCH3 的選擇性=2×CH3OCH3的物質(zhì)的量反應(yīng)的CO2的物質(zhì)的量×100%

①溫度高于300℃,CO2平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而上升的原因是 反應(yīng)Ⅰ的△H>0,反應(yīng)Ⅱ的△H<0,升高溫度使CO2轉(zhuǎn)化為CO的平衡轉(zhuǎn)化率上升,使CO2轉(zhuǎn)化為CH3OCH3的平衡轉(zhuǎn)化率下降,且上升幅度超過下降幅度反應(yīng)Ⅰ的△H>0,反應(yīng)Ⅱ的△H<0,升高溫度使CO2轉(zhuǎn)化為CO的平衡轉(zhuǎn)化率上升,使CO2轉(zhuǎn)化為CH3OCH3的平衡轉(zhuǎn)化率下降,且上升幅度超過下降幅度。
②220℃時(shí),在催化劑作用下CO2與H2反應(yīng)一段時(shí)間后,測得CH3OCH3 的選擇性為48%(如圖1中A點(diǎn))。不改變反應(yīng)時(shí)間和溫度,一定能提高CH3OCH3選擇性的措施有 增大壓強(qiáng)增大壓強(qiáng); 使用對反應(yīng)Ⅱ催化活性更高的催化劑使用對反應(yīng)Ⅱ催化活性更高的催化劑。
(2)另一種方法是將CO2和H2在230℃催化劑條件下生成甲醇蒸氣和水蒸氣。在10L密閉容器中投入1molCO2和2.75molH2,發(fā)生反應(yīng):CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)。在不同條件下測得平衡時(shí)甲醇的物質(zhì)的量隨溫度、壓強(qiáng)的變化如圖2所示:
①能判斷該反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的是 bdbd(填字母)。
a.c(H2):c(CH3OH)=3:1
b.容器內(nèi)氫氣的體積分?jǐn)?shù)不再改變
c.容器內(nèi)氣體的密度不再改變
d.容器內(nèi)壓強(qiáng)不再改變
②上述反應(yīng)的△H <<0(填“>”或“<”),圖中壓強(qiáng) p1>>p2(填“>”或“<”)。
③N點(diǎn)時(shí),該反應(yīng)的平衡常數(shù)K的值為 1.041.04(計(jì)算結(jié)果保留兩位小數(shù))。
2
×
C
H
3
OC
H
3
的物質(zhì)的量
反應(yīng)的
C
O
2
的物質(zhì)的量
【考點(diǎn)】化學(xué)平衡的影響因素;化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷.
【答案】反應(yīng)Ⅰ的△H>0,反應(yīng)Ⅱ的△H<0,升高溫度使CO2轉(zhuǎn)化為CO的平衡轉(zhuǎn)化率上升,使CO2轉(zhuǎn)化為CH3OCH3的平衡轉(zhuǎn)化率下降,且上升幅度超過下降幅度;增大壓強(qiáng);使用對反應(yīng)Ⅱ催化活性更高的催化劑;bd;<;>;1.04
【解答】
【點(diǎn)評】
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(1)如圖1是該反應(yīng)在不同溫度下CO的轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間變化的曲線.
①T1和T2溫度下的平衡常數(shù)大小關(guān)系是K1K2(填“>”、“<”或“=”).
②以下有關(guān)說法正確的是
a.恒溫、恒容條件下,容器內(nèi)的壓強(qiáng)不發(fā)生變化則可逆反應(yīng)達(dá)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(shí)可逆反應(yīng)達(dá)到平衡
c.使用合適的催化劑能縮短達(dá)到平衡的時(shí)間并提高CH3OH的產(chǎn)率
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(2)已知在常溫常壓下①2CH3OH(1)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(g)△H=-akJ?mol-1
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