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目前有效控制及高效利用CO、CO2的研究正引起全球广泛关注,根据《中国化工报》报道,美国科学家发现了几种新的可将CO、CO2转化为甲醇的高活性催化体系,比目前工业使用的常见催化剂
更新时间: 2025-08-22 13:41:36
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问题描述:

目前有效控制及高效利用CO、CO2的研究正引起全球广泛关注,根据《中国化工报》报道,美国科学家发现了几种新的可将CO、CO2转化为甲醇的高活性催化体系,比目前工业使用 的常见催化剂快近90倍.

已知工业上可以利用CO2制备CH3OH涉及反应如下:

反应I:CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g)△H=-49.5kJ/mol

反应II:CO2(g)+H2(g)⇌CO(g)+H2O(g)△H=+41.3kJ/mol

(1)写出工业上CO和H2制取甲醇的热化学方程式___.

(2)反应I能自发进行的条件是___.

(3)一定温度下,H2、CO在体积固定的密闭容器中发生如下反应:4H2(g)+2CO(g)⇌CH3OCH3(g)+H2O(g),下列选项能判断该反应达到平衡状态的依据有___.

A.该反应的平衡常数不变 B.CO的消耗速率等于CH3OCH3的生成速率

C.容器内的压强保持不变 D.混合气体的密度保持不变

E.混合气体的平均相对分子质量不随时间而变化

(4)500K,2L恒容密闭容器中充入3mol的H2和1.5molCO2仅发生反应I(左下图为实验过程中在不同反应物起始投入量下,反应体系中CO2的平衡转化率与温度的关系图),该反应10min时CH3OH生成0.9mol,此时达到平衡:

①用氢气表示该反应的速率为___.

②该温度下,反应I的平衡常数为___.

③在此条件下,系统中CH3OH的浓度随反应时间的变化趋势如图1所示,当反应时间达到3min时,迅速将体系温度升至600K,请在图2中画出3~10min容器中CH3OH浓度的变化趋势曲线.

(5)某研究小组将一定量的H2和CO2充入恒容密闭容器中并加入合适的催化剂发生上述反应,测得了不同温度下体系达到平衡时CO2的转化率(a)及CH3OH的产率(b),如图2所示,请回答问题:

①该反应达到平衡后,为同时提高反应速率和甲醇的生成量,以下措施一定可行的是___(选填编号)

A.改用高效催化剂 B.升高温度 C.缩小容器体积

D.分离出甲醇 E.增加CO2的浓度

②据图可知当温度高于260℃后,CO的浓度随着温度的升高而___(填“增大”、“减小”、“不变”或“无法判断”),其原因是___.

杜相文回答:
  (1)把题中所给的两个热化学方程式分别记为①和②,①:CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g)△H=-49.5kJ/mol②:CO2(g)+H2(g)⇌CO(g)+H2O(g)△H=+41.3kJ/mol根据盖斯定律①-②得CO(g)+2H2(g)⇌CH3O...
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