隨著我國碳達峰、碳中和目標的確定,含碳化合物的綜合利用備受關注。CO2和H2合成甲醇是CO2資源化利用的重要方法。以CO2、H2為原料合成CH3OH涉及的反應如下:
反應Ⅰ:CO2(g)+H2(g)═H2O(g)+CO(g)ΔH1
反應Ⅱ:CO(g)+2H2(g)═CH3OH(g)ΔH2=-90.0kJ?mol-1
反應Ⅲ:CO2(g)+3H2(g)═CH3OH(g)+H2O(g)ΔH3=-49.0kJ?mol-1
回答下列問題:
(1)反應Ⅰ的ΔH1=+41.0kJ/mol+41.0kJ/molkJ?mol-1;已知由實驗測得反應Ⅰ的v正=k正c(CO2)?c(H2),v逆=k逆?c(H2O)?c(CO)(k正、k逆為速率常數,與溫度、催化劑有關)。若平衡后升高溫度,則k逆k正 減小減小(填“增大”“不變”或“減小”)。
(2)①下列措施一定能使CO2的平衡轉化率提高的是 ACAC(填字母)。
A.增大壓強
B.升高溫度
C.增大H2與CO2的投料比
D.改用更高效的催化劑
②恒溫(200℃)恒壓條件下,將1molCO2和1molH2充入某密閉容器中,反應達到平衡時,CO2的轉化率為a,CH3OH的物質的量為bmol,則此溫度下反應Ⅲ的平衡常數Kx=b2-2b×a2-2b1-a2-2b×(1-a-2b2-2b)3b2-2b×a2-2b1-a2-2b×(1-a-2b2-2b)3[寫出含有a、b的計算式;對于反應mA(g)+nB(g)?pC(g)+qD(g),Kx=xp(C)?xq(D)xm(A)?xn(B),x為物質的量分數。已知CH3OH的沸點為64.7℃]。其他條件不變,H2起始量增加到3mol,達平衡時a=0.5,b=0.3,平衡體系中H2的物質的量分數為 56%56%(結果保留兩位有效數字)。
(3)反應Ⅲ可能的反應歷程如圖所示。

注:方框內包含微粒種類及數目、微粒的相對總能量(括號里的數字或字母,單位:eV)。其中,TS表示過渡態、*表示吸附在催化劑上的微粒。
①反應歷程中,生成甲醇的決速步驟的反應方程式為 HCOOH*(g)+2H2*(g)=H2COOH*(g)+32H2*(g)[或HCOOH*(g)+12H2*(g)=H2COOH*(g)]HCOOH*(g)+2H2*(g)=H2COOH*(g)+32H2*(g)[或HCOOH*(g)+12H2*(g)=H2COOH*(g)]。
②相對總能量E=-0.51-0.51eV(計算結果保留2位小數)。(已知:1eV=1.6×10-22kJ)
k
逆
k
正
b
2
-
2
b
×
a
2
-
2
b
1
-
a
2
-
2
b
×
(
1
-
a
-
2
b
2
-
2
b
)
3
b
2
-
2
b
×
a
2
-
2
b
1
-
a
2
-
2
b
×
(
1
-
a
-
2
b
2
-
2
b
)
3
x
p
(
C
)
?
x
q
(
D
)
x
m
(
A
)
?
x
n
(
B
)
3
2
1
2
3
2
1
2
【答案】+41.0kJ/mol;減小;AC;;56%;HCOOH*(g)+2H2*(g)=H2COOH*(g)+H2*(g)[或HCOOH*(g)+H2*(g)=H2COOH*(g)];-0.51
b
2
-
2
b
×
a
2
-
2
b
1
-
a
2
-
2
b
×
(
1
-
a
-
2
b
2
-
2
b
)
3
3
2
1
2
【解答】
【點評】
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發布:2024/6/27 10:35:59組卷:58引用:1難度:0.5
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