Question

工业上可利用CO₂来制备清洁液体颜料甲醇，有关化学反应如下：

反应Ⅰ：CO₂（g）+3H₂（g）⇌CH₃OH（g）+H₂O（g）   △H₁＝﹣49.6kJ•mol^-1

反应Ⅱ：CO₂（g）+H₂（g）⇌H₂O（g）+CO（g）   △H₂＝+41kJ•mol^-1

（1）反应Ⅰ在___（填“低温”或“高温”）下可自发反应。

（2）有利于提高上述反应甲醇平衡产率的条件是___。

A．高温高压   B．低温低压   C．高温低压   D．低温高压

（3）在Cu﹣ZnO/ZrO₂催化下，CO₂和H₂混合气体，体积比1：3，总物质的量amol进行反应，测得CO₂转化率、CH₃OH和CO选择性随温度、压强变化情况分别如图所示（选择性：转化的CO₂中生成CH₃OH或CO的百分比）。

①下列说法正确的是___。

A．压强可影响产物的选择性

B．CO₂平衡转化率随温度升高先增大后减小

C．由图1可知，反应的最佳温度为220℃左右

D．及时分离出甲醇和水以及使氢气和二氧化碳循环使用，可提高原料利用率

②250℃时，反应Ⅰ和Ⅱ达到平衡，平衡时容器体积为VL，CO₂转化率为25%，CH₃OH和CO选择性均为50%，则该温度下反应Ⅱ的平衡常数为___。

③分析图2中CO选择性下降的原因___。

Answer

低温 D ACD 增大压强，有利于反应Ⅰ平衡正向移动，使反应物浓度减小，从而使反应Ⅱ逆向移动，CO选择性下降

【解析】

根据吉布斯自由能判断反应自发进行的条件；根据平衡移动原理分析解答；根据转化率、平衡常数的表达式分析解答。

（1）对于反应CO2（g）+3H2（g）⇌CH3OH（g）+H2O（g）△H1=﹣49.6kJ•mol﹣1，△H＜0，△S＜0，则如反应能自发进行，应满足△H﹣T•△S＜0，低温下即可进行，故答案为：低温；

（2）反应CO2（g）+3H2（g）⇌CH3OH（g）+H2O（g）△H1=﹣49.6kJ•mol﹣1，由化学计量数可知，增大压强，平衡正向移动，且正反应为放热反应，降低温度，平衡正向移动，则低温高压有利于提高甲醇的产率，故答案为：D；

（3）①A.增大压强，反应Ⅰ正向移动，甲醇的产率增大，说明压强影响产物的选择性，故A正确；

B.反应Ⅰ为放热反应，生成温度，平衡逆向移动，二氧化碳的平衡转化率减小，故B错误；

C.由图1可知，反应的温度控制在220℃左右时，二氧化碳的转化率、甲醇的含量较大，CO的含量较小，升高到240℃以后，甲醇的选择性减小，则反应的最佳温度为220℃左右，故C正确；

D.及时分离出甲醇和水，可使平衡正向移动，且循环使用氢气和二氧化碳，可提供原料的利用率，故D正确，故答案为：ACD；

②在Cu﹣ZnO/ZrO2催化下，CO2和H2混合气体，体积比1：3，总物质的量amol进行反应，

250℃时，反应Ⅰ和Ⅱ达到平衡，平衡时容器体积为VL，CO2转化率为25%，CH3OH和CO选择性均为50%，由方程式可知，消耗n（CO2）= ×25%mol=mol，生成CH3OH和CO共mol，分别为mol，生成n（H2O）=mol，两个反应消耗氢气的物质的量为mol×3+mol=mol，则剩余氢气的物质的量为mol﹣mol=mol，，则反应Ⅱ的平衡常数，故答案为： ；

③对于反应Ⅱ，增大压强平衡不移动，但对应反应Ⅰ，增大压强，平衡正向移动，导致反应物的浓度降低，生成水的浓度增大，则导致反应Ⅱ平衡逆向移动，CO的选择性下降，故答案为：增大压强，有利于反应Ⅰ平衡正向移动，使反应物浓度减小，从而使反应Ⅱ逆向移动，CO选择性下降。