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解答题-原理综合题 适中0.65 引用1 组卷308
甲醇是重要的化工基础原料和清洁液体燃料，在CO2加氢合成CH3OH的体系中，同时发生下列竞争反应：
(ⅰ)CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H1=-49.3 kJ/mol
(ⅱ)CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) △H2=+41.1 kJ/mol
由CO也能直接加氢合成甲醇：(iii) 2H2(g)+CO(g)CH3OH(g) △H
(1)△H =_______kJ/mol。
(2)反应(ⅱ) CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)的正、逆反应平衡常数随温度变化曲线如图所示。

下列分析正确的是_______。
A．曲线甲为K(逆)，曲线乙为K(正)
B．a点时，一定有v正=v逆
C．c点时，x=0.5
(3)催化剂M、N对CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)反应进程的能量影响如下图(a)所示，两种催化剂对应的1nk~关系如下图(b)所示(已知；lnk=-+C，其中Ea为活化能，k为速率常数，R和C为常数)。

①使用催化剂M时，逆反应的活化能为_______kJ/mol。
②催化剂N对应曲线是图(b)中的_______(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)
(4)为进一步研究CO2与H2反应制CH3OH的过程中原料气组成对反应速率的影响，分别向三个压强恒定为P的密闭容器(装有等量催化剂，且在实验温度范围内催化剂活性变化不大)中通入相同碳氢比的三种混合气，相同时间内，测得甲醇生成速率与温度的关系如图所示。

①三个容器中，甲醇的生成速率达峰值后均随温度升高而下降的原因是_______。
②结合研究目的，参照图中三条曲线，你可得出的结论是_______(写一条)。
(5)恒温下，在压强恒定为P的装置中，按n(CO2):n(H2)=1:3加入反应物，发生反应(ⅰ)、(ⅱ)。达到平衡时，若CO2转化率为20%，甲醇的选择性为50%。列出反应(ⅰ)CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)的平衡常数计算式：Kp=_______(不必化简)。(已知：的选择性x=×100%；Kp为用分压代替浓度的平衡常数。)
2022·福建三明·三模
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知识点：盖斯定律及其有关计算催化剂对化学反应速率的影响化学平衡常数的影响因素及应用化学平衡常数的有关计算 答案解析 【答案】很抱歉，登录后才可免费查看答案和解析！
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利用CO2合成甲醇、二甲醚技术是有效利用CO2资源，实现“碳中和”目标的重要途径。
(1)开发CO2直接催化加氢合成二甲醚技术是很好的一个研究方向。
主反应：2CO2(g)+6H2(g)⇌CH3OCH3(g)+3H2O(g) △H1=-122.54kJ•mol-1
副反应：CO2(g)+H2(g)⇌CO(g)+H2O(g)   △H2
①已知25℃和101kPa下，H2(g)、CO(g)的燃烧热△H分别为-285.8kJ•mol-1、-283.0kJ•mol-1，H2O(l)=H2O(g) △H=+44kJ•mol-1，则△H2=_______kJ/mol。
②其他条件相同时，反应温度对CO2平衡转化率影响如下图所示。CO2平衡转化率随温度的升高先减小后增大的原因可能是_______。

③在催化剂作用下，向恒温恒压(250℃、3.0MPa)的密闭容器中充入反应气，n(CO)：(CO2)：n(H2)=1：5：20。反应平衡时测得CO2的转化率为20%，二甲醚的选择性为80%(已知二甲醚的选择性=×100%)，则副反应CO2(g)+H2(g)⇌CO(g)+H2O(g)的Kp=_______(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数)。
(2)利用CO2合成甲醇也是有效利用CO2资源的重要途径。将原料气(CO2)：n(H2)=1：3充入某一恒容密闭容器中，只发生CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g) △H3<0，在不同催化剂作用下，反应tmin时CO2的转化率随温度的变化如图所示。

①下列说法正确的是_______。
A.使用催化剂I时，d点已达到平衡
B.T3K的平衡常数大于T4K的平衡常数
C.若a点时，v(H2)正=3v(CH3OH)逆，则此条件下反应已达到最大限度
D.c点转化率比a点低的原因一定是催化剂活性降低
②若图中a点时反应已达平衡，现原料气按(CO2)：n(H2)=1：2.8充入同一恒容密闭容器中，在催化剂I的作用下发生反应。请在图中用实线画出了T3K～T5K之间CO2的平衡转化率变化曲线_______。
(3)水煤气变换反应的机理被广泛研究，其中有一种为羧基机理，某催化剂催化CO*+H2O*⇌CO2*+H2(g) (*表示吸附态、Ea表示活化能)步骤如下：
Ⅰ.H2O*→OH*+H*     Ea1=141.7kJ/mol
Ⅱ.CO*+OH*→COOH*     Ea2=39.5kJ/mol
Ⅲ.COOH*→CO2*+H*       Ea3=132.1kJ/mol
Ⅳ.2H*→H2(g)   Ea4=97.4kJ/mol
反应CO*+H2O*⇌CO2*+H2(g)的决速步骤是_______(填序号)。
以CO2、H2为原料合成CH3OH的反应是研究热点之一，该反应体系涉及的反应如下：
I．CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H1=-49kJ•mol-1
II．CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) △H2
回答下列问题：
(1)已知25℃和101kPa下，H2(g)、CO(g)的燃烧热分别为285.8kJ•mol-1、283.0kJ•mol-1，H2O(l)=H2O(g) △H=+44kJ•mol-1，则△H2=_____kJ•mol-1。
(2)在恒压密闭容器中，按照n(CO2)：n(H2)=1：3投料进行反应，反应Ⅰ、Ⅱ以物质的分压表示的平衡常数Kp随温度T的变化关系如图1所示(体系总压为10kPa)。

①反应Ⅱ对应图1中_____(填“m”或“n”)；A点对应温度下体系达到平衡时CO2的转化率为80%，反应Ⅰ的Kp=_____kPa-2(保留两位有效数字)。
②通过调整温度可调控平衡时的值。B点对应温度下，平衡时=400，则p(H2)= _____kPa。
(3)在密闭容器中，保持投料比不变，将CO2和H2按一定流速通过反应器，一段时间后，测得CO2转化率(α)和甲醇选择性[x(CH3OH)=×100%]随温度(T)变化关系如图2所示。若233～250℃时催化剂的活性受温度影响不大，则236℃后图中曲线下降的原因是_____；若气体流速过大，CO2的转化率会降低，原因是______。

(4)向恒温恒压的两个密闭容器甲(T℃、P1)、乙(T℃、P2)中，分别充入物质的量均为amol的CO2和H2，若只发生反应Ⅱ，其正反应速率正=k正p(CO2)p(H2)，p为气体分压。若甲、乙容器平衡时正反应速率之比甲：乙=16：25，则甲、乙容器的体积之比为______。
研究CO2的综合利用、实现CO2资源化，生产高能燃料和高附加值化学品，有利于实现碳资源的有效循环，是力争2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和的方向之一。
回答下列问题：
(1)已知下列反应的热化学方程式：
I.CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH1=+41.2kJ•mol-1
Ⅱ.2CO(g)+4H2(g)C2H4(g)+2H2O(g) ΔH2
Ⅲ.2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g) ΔH3=-249.6kJ•mol-1
反应Ⅱ中，ΔH2=________。
(2)将等物质的量CO(g)和H2O(g)充入恒容密闭容器中发生如下反应：CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g)，已知反应速率v=v正-v逆=k正•(CO)•c(H2O)-k逆•c(CO2)•c(H2)，其中k正、k逆分别为正、逆反应速率常数。在不同温度下，CO的转化率随时间变化曲线如图所示。计算b处的=________。
   
(3)在体积为2L的恒压密闭容器中，起始充入1molCO2(g)和3molH2(g)，发生反应Ⅲ，该反应在不同温度下达到平衡时，各组分的体积分数随温度的变化如图所示。
   
①表示H2的体积分数随温度变化的曲线是________(填字母序号)。
②205℃时，反应达到平衡后，容器中气体的总物质的量为________mol，CO2(g)的平衡转化率为________。若平衡时总压为P，该反应的平衡常数Kp=________(列出计算式)。
(4)CO2加氢制甲醇也具有重要的经济价值，其热化学方程式为CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g) ΔH＜0，但也存在竞争反应CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g) ΔH＞0，在恒温密闭容器中，维持压强和投料比不变，将CO2和H2按一定流速通过反变应器，CO2转化率和甲醇选择性[x(CH3OH)%]随温度化关系如图所示：
   
若233~251℃时催化剂的活性受温度影响不大，分析235℃后图中曲线下降的原因：________。

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