研究二氧化碳合成甲醇對實現(xiàn)“碳中和”具有重要意義.二氧化碳加氫制甲醇的過程一般含有以下三個反應:
Ⅰ.CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)△H1 K1
Ⅱ.CO2(g)+H2(g)?CO(g)+H2O(p)△H2=+41.2kJ?mol-1 K2
Ⅲ.CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)△H3=-90.6kJ?mol-1 K3
(1)△H1=-49.4kJ/mol-49.4kJ/mol;反應Ⅰ在 低溫低溫(填“高溫”,“低溫”或“任意溫度”)下可自發(fā)進行。
(2)一定溫度下,向盛有催化劑的恒容密閉容器中按初始進科比n(CO2):n(H2)=1:1投入反應物,發(fā)生反應1。下列不能說明該反應一定處于平衡狀態(tài)的是 dd(填字母)。
a.容器內氣體的壓強不再發(fā)生改變
b.CO2的體積分數(shù)不再變化
c.1molH-H鍵斷裂的同時1molC-H鍵斷裂
d.反應的焓變△H不再變化
(3)向恒容密閉容器中按初始進比n(CO2):n(H2)=1:3投入反應物,只發(fā)生反應Ⅰ和Ⅱ。在不同溫度下達到平衡,體系中CH3OH、CO的選擇性和CO2的平衡轉化率[α(CO2)]與溫度的關系如圖所示。(已知:CH3OH的選擇性=生成的CH3OH的物質量轉化的CO2的物質的量×100%)
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①圖中表示CH3OH選擇性變化的曲線是 aa(填“a”或“b”),其原因是 反應I是放熱反應,溫度升高,反應逆向移動,甲醇的選擇性降低反應I是放熱反應,溫度升高,反應逆向移動,甲醇的選擇性降低。
②當T=250℃,平衡時CH3OH的體積分數(shù)φ(CH3OH)=4.1%4.1%(答案保留兩位有效數(shù)字)。
(4)500℃時,已知K1=2.5,K2=1.0,則K3=2.52.5。該溫度下,往2L恒容密閉容器中充入1molCO和2molH2發(fā)生反應Ⅲ。測得某時刻t2,CO的轉化率為50%,則此時該反應的v(正) <<v(逆)(填“>”、“<”或“=”)。
生成的
C
H
3
OH
的物質量
轉化的
C
O
2
的物質的量
【答案】-49.4kJ/mol;低溫;d;a;反應I是放熱反應,溫度升高,反應逆向移動,甲醇的選擇性降低;4.1%;2.5;<
【解答】
【點評】
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(3)CH4分解時幾種氣體的平衡分壓(pPa)的對數(shù)值lgp與溫度的關系如圖所示。
①T℃時,向一恒容密閉容器中通入一定量的CH4(g)、C2H4(g)和H2(g),只發(fā)生反應2CH4(g)?C2H2(g)+3H2(g)ΔH,ΔH
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