Question

CO₂是地球上取之不尽用之不竭的碳源，捕集、利用 CO₂ 始终是科学研究的热点。

⑴新的研究表明，可以将 CO₂ 转化为炭黑回收利用，反应原理如图所示。

①整个过程中 FeO 的作用是_____________；

②写出 CO₂ 转化为炭黑的总反应化学方程式_____________。

⑵由CO₂ 合成甲醇是CO₂资源化利用的重要方法。

研究表明在催化剂作用下CO₂ 和H₂可发生反应：CO₂(g) + 3H₂(g)CH₃OH(g) + H₂O(g)  ΔH   

①有利于提高合成CH₃OH反应中CO₂的平衡转化率的措施有_______。(填字母)

a．使用催化剂          b．加压       c．增大初始投料比n(CO₂ )/ n(H₂)

②研究温度对于甲醇产率的影响。在210 ℃~290 ℃，保持原料气中CO₂和H₂的投料比不变，得到甲醇的实际产率、平衡产率与温度的关系如下图所示。ΔH____0(填“＞”或“＜”)，其依据是_______。

⑶工业用二氧化碳加氢可合成乙醇：保持压强为5MPa，向密闭容器中投入一定量CO₂和H₂发生上述反应，CO₂的平衡转化率与温度、投料比的关系如图所示。

①该反应平衡常数的表达式为_________________。

②投料比m₁、m₂、m₃由大到小的顺序为 _________________。

Answer

催化剂 CO2 C+O2 b < 温度升高，甲醇的平衡产率降低，平衡逆向移动，则逆向是吸热反应，正向放热反应 m3 ＞ m2＞ m1

【解析】

⑴①FeO参与了化学反应但FeO的量没有变化；②根据图像分析CO2反应。

⑵①a．使用催化剂，平衡不移动，转化率不变；b．该反应是体积减小的反应，加压，平衡正向移动，CO2的平衡转化率增大；c．增大初始投料比n(CO2)/n(H2)，可以理解为n(H2)不变，n(CO2)增大，平衡正向移动，但CO2的平衡转化率减小；②升高温度，甲醇的平衡产率降低，平衡逆向移动，则逆向是吸热反应，正向放热反应，即ΔH＜0；故答案为：＜；温度升高，甲醇的平衡产率降低，平衡逆向移动，则逆向是吸热反应，正向放热反应。

⑶①根据反应方程式书写平衡常数表达式；②投料比，理解为n(CO2)不变，n(H2)增大，平衡正向移动，CO2的平衡转化率增大。

⑴①FeO在反应过程中参与了化学反应，但FeO的量没有变化，因此FeO的作用是催化剂；故答案为：催化剂。

②FeO和CO2反应生成C和Fe3O4，Fe3O4反应生成FeO和O2，因此CO2转化为炭黑的总反应化学方程式CO2C+O2；故答案为：CO2C+O2。

⑵①a．使用催化剂，平衡不移动，转化率不变，故a不符合题意；b．该反应是体积减小的反应，加压，平衡正向移动，CO2的平衡转化率增大，故b符合题意；c．增大初始投料比n(CO2)/n(H2)，可以理解为n(H2)不变，n(CO2)增大，平衡正向移动，但CO2的平衡转化率减小，故c不符合题意；综上所述，答案为b。

②升高温度，温度升高，甲醇的平衡产率降低，平衡逆向移动，则逆向是吸热反应，正向放热反应，即ΔH＜0；故答案为：＜；升高温度，温度升高，甲醇的平衡产率降低，平衡逆向移动，则逆向是吸热反应，正向放热反应。

⑶①该反应平衡常数的表达式为；故答案为：。

②投料比，理解为n(CO2)不变，n(H2)增大，平衡正向移动，CO2的平衡转化率增大，因此投料比m1、m2、m3由大到小的顺序为m3 ＞ m2＞ m1；故答案为：m3 ＞ m2＞ m1。