研究CO2的回收利用既可變廢為寶,又可減少碳的排放。回答下列問題:
二甲醚(CH3OCH)被譽(yù)為“21世紀(jì)的清潔燃料,由CO2和H2制備二甲醚的反應(yīng)原理如下:
反應(yīng)Ⅰ:CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)ΔH1=-akJ/mol(a>0)
反應(yīng)Ⅱ:CH3OCH3(g)+H2O(g)?2CH3OH(g)ΔH2=+bkJ/mol(b>0)
反應(yīng)Ⅲ:2CO2(g)+6H2(g)?CH3OCH3(g)+3H2O(g)ΔH3
(1)ΔH3=
-(2a+b)
-(2a+b)
kJ/mol,據(jù)此判斷反應(yīng)Ⅲ在 低溫
低溫
(填“低溫”、“高溫”或“任意溫度”)條件下能自發(fā)進(jìn)行。
(2)恒溫恒壓條件下,在密閉容器中通入等物質(zhì)的量的CO2和H2發(fā)生反應(yīng)Ⅰ,能說明反應(yīng)Ⅰ達(dá)到平衡狀態(tài)的是 cd
cd
(填字母序號(hào))。
a.平衡常數(shù)保持不變
b.生成3molH-H鍵的同時(shí)斷裂1molC-O鍵
c.容器內(nèi)混合氣體的密度保持不變
d.CO2和H2O的物質(zhì)的量之比保持不變
(3)T1℃時(shí),將1mol二甲醚充入某恒容密閉容器中,發(fā)生如下分解反應(yīng):CH3OCH3(g)?CH4(g)+H2(g)+CO(g),在不同時(shí)間測(cè)定容器內(nèi)的總壓,所得數(shù)據(jù)見下表:
反應(yīng)時(shí)間t/min |
0 |
5 |
10 |
15 |
20 |
∞ |
氣體總壓p總/kPa |
p0 |
1.4p0 |
1.6p0 |
1.8p0 |
1.9p0 |
2p0 |
由表中數(shù)據(jù)計(jì)算:反應(yīng)達(dá)平衡時(shí),二甲醚的分解率為
50%
50%
,該溫度下的平衡常數(shù)K
p=
(kPa)
2(K
p為用氣體平衡分壓代替氣體平衡濃度表示的平衡常數(shù),分壓=總壓×氣體的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。
(4)恒壓下將CO
2和氫氣按體積比1:3混合,在不同催化劑作用下發(fā)生反應(yīng)Ⅰ和反應(yīng)Ⅲ,在相同的時(shí)間段內(nèi)CH
3OH的選擇性和產(chǎn)率隨溫度的變化如圖。其中:CH
3OH的選擇性=
×100%。
①在上述條件下,結(jié)合圖象分析,合成甲醇的最佳溫度是
230℃
230℃
,最佳催化劑是
CZ(Zr-1)T催化劑
CZ(Zr-1)T催化劑
。
②溫度高于230℃,CH
3OH產(chǎn)率隨溫度升高而下降的原因是
反應(yīng)Ⅰ為放熱反應(yīng),溫度升高,使CO2轉(zhuǎn)化為CH3OH的平衡轉(zhuǎn)化率下降
反應(yīng)Ⅰ為放熱反應(yīng),溫度升高,使CO2轉(zhuǎn)化為CH3OH的平衡轉(zhuǎn)化率下降
。