以CO2、H2為原料合成CH3OH的反應(yīng)是研究熱點(diǎn)之一,該反應(yīng)體系涉及的反應(yīng)如下:
Ⅰ.CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)ΔH1=-49kJ?mol-1
Ⅱ.CO2(g)+H2(g)?CO(g)+H2O(g)ΔH2
回答下列問題:
(1)已知25℃和101kPa下,H2(g)、CO(g)的燃燒熱分別為285.8kJ?mol-1、283.0kJ?mol-1,H2O(l)=H2O(g)ΔH=+44kJ?mol-1,則ΔH2=
+41.2
+41.2
kJ?mol-1。
(2)在恒壓密閉容器中,按照n(CO2):n(H2)=1:3投料進(jìn)行反應(yīng),反應(yīng)Ⅰ、Ⅱ以物質(zhì)的分壓表示的平衡常數(shù)Kp隨溫度T的變化關(guān)系如圖1所示(體系總壓為100kPa)。
①反應(yīng)Ⅱ?qū)?yīng)圖I中 n
n
(填“m”或“n”);A點(diǎn)對(duì)應(yīng)溫度下體系達(dá)到平衡時(shí)CO2的轉(zhuǎn)化率為80%,反應(yīng)Ⅰ的Kp=0.10
0.10
kPa-2(保留兩位有效數(shù)字)。
②通過調(diào)整溫度可調(diào)控平衡時(shí)的值。B點(diǎn)對(duì)應(yīng)溫度下,平衡時(shí)=400,則p(H2)=20
20
kPa。
(3)在密閉容器中,保持投料比不變,將CO2和H2按一定流速通過反應(yīng)器,一段時(shí)間后,測(cè)得CO2轉(zhuǎn)化率(α)和甲醇選擇性[x(CH3OH)=×100%]隨溫度(T)變化關(guān)系如圖2所示。若233~250℃時(shí)催化劑的活性受溫度影響不大,則236℃后圖中曲線下降的原因是 主反應(yīng)放熱,副反應(yīng)吸熱,升溫使主反應(yīng)平衡逆向移動(dòng)程度大于副反應(yīng)平衡正向移動(dòng)程度,因而使CO2轉(zhuǎn)化率和甲醇選擇性下降
主反應(yīng)放熱,副反應(yīng)吸熱,升溫使主反應(yīng)平衡逆向移動(dòng)程度大于副反應(yīng)平衡正向移動(dòng)程度,因而使CO2轉(zhuǎn)化率和甲醇選擇性下降
;若氣體流速過大,CO2的轉(zhuǎn)化率會(huì)降低,原因是 氣體流速過大,使得氣體在容器中未能充分反應(yīng),還未達(dá)到化學(xué)平衡就被排出,導(dǎo)致CO2的轉(zhuǎn)化率降低
氣體流速過大,使得氣體在容器中未能充分反應(yīng),還未達(dá)到化學(xué)平衡就被排出,導(dǎo)致CO2的轉(zhuǎn)化率降低
。
(4)向恒溫恒壓的兩個(gè)密閉容器甲(T℃、P1)、乙(T℃、P2)中,分別充入物質(zhì)的量均為amol的CO2和H2,若只發(fā)生反應(yīng)Ⅱ,其正反應(yīng)速率v正=k正p(CO2)p(H2),p為氣體分壓。若甲、乙容器平衡時(shí)正反應(yīng)速率之比v甲:v乙=16:25,則甲、乙容器的體積之比為 5:4
5:4
。