Question

合理的利用吸收工业产生的废气CO₂可以减少污染，变废为宝。

(1)用CO₂可以生产燃料甲醇。

①写出甲醇的官能团名称____________。

已知：CO₂(g)+3H₂(g) ⇌CH₃OH(g)+H₂O(l) △H=-49.0kJ•mol^-1；一定条件下，向体积固定为1 L的密闭容器中充入1mol CO₂和3mol H₂ ，测得CO₂和CH₃OH(g)的浓度随时间变化曲线如下图所示。

②反应开始至第3分钟时，反应速率v(H₂)＝________mol/(L·min)。

③该条件下，该反应的平衡常数表达式为________，CO₂的平衡转化率是________；

(2)用CO₂合成二甲醚(CH₃OCH₃)。

①CO₂ 催化加氢合成二甲醚的过程中主要发生下列反应：

反应I：CO₂(g) + H₂(g)⇌CO(g) + H₂O(g)  ∆H= +41.2 kJ·mol^-1

反应II: 2CO₂(g) + 6H₂(g)⇌CH₃OCH₃(g) + 3H₂O(g)  ∆H = - 122.5 kJ·mol^-1

其中，反应II 分以下a、b两步完成，请写出反应a的热化学方程式。

a．_________

b．2CH₃OH(g)⇌CH₃OCH₃(g) + H₂O(g)    ∆H = -23.5 kJ·mol^-1

②L(L₁、L₂)、X分别代表压强或温度，下图表示L一定时，反应II中二甲醚的平衡产率随X变化的关系，其中X代表的物理量是______。判断L₁、L₂的大小，并简述理由：________。

(3) 恒压时，在CO₂和H₂起始量一定的条件下，CO₂平衡转化率和平衡时CH₃OCH₃的选择性(CH₃OCH₃的选择性=)随温度变化如下图。

①t℃时，起始投入a molCO₂，b mol H₂，达到平衡时反应II消耗的H₂的物质的量为______mol。

②温度高于300℃，CO₂平衡转化率随温度升高而增大的原因是_________。

Answer

羟基 0.5 75% CO2(g) + 3H2 (g)⇌CH3OH(g) + H2O(g) ∆H = - 49.5 kJ·mol-1 温度 L1>L2。反应II是气体化学计量数减少的反应，当温度一定时，增大压强，平衡正向移动，二甲醚平衡产率增大 3a×40%×76% 反应I的∆H＞0，反应II的∆H＜0 ，温度升高使CO2转化为CO的平衡转化率上升，使CO2转化为CH3OCH3的平衡转化率下降，且上升幅度超过下降幅

【解析】

(1)①甲醇的结构简式是CH3OH；

②根据υ=计算

③转化率=；

(2) ①根据盖斯定律计算反应a的热化学方程式；

②2CO2(g) + 6H2(g)⇌CH3OCH3(g) + 3H2O(g)正反应放热，升高温度，平衡逆向移动；2CO2(g) + 6H2(g)⇌CH3OCH3(g) + 3H2O(g)正反应气体系数和减小，增大压强，平衡正向移动；

(3) ①根据CH3OCH3的选择性=计算反应II消耗的H2的物质的量；

②反应I的∆H＞0，温度升高使CO2转化为CO的平衡转化率上升；

(1)①甲醇的结构简式是CH3OH，甲醇含有官能团的名称是羟基；

②根据图象，反应开始至第3分钟时，CO2浓度变化量是0.5mol/L，则氢气浓度变化量是1.5mol/L，υ=0.5 mol/(L·min)；

③该条件下，CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(l)反应的平衡常数表达式为，CO2的平衡转化率=75%；

(2) ①反应II: 2CO2(g) + 6H2(g)⇌CH3OCH3(g) + 3H2O(g) ∆H = - 122.5 kJ·mol-1；

根据盖斯定律(II-b)× 得CO2(g) + 3H2 (g)⇌CH3OH(g) + H2O(g) ∆H= - 49.5 kJ·mol-1；

②2CO2(g) + 6H2(g)⇌CH3OCH3(g) + 3H2O(g)正反应放热，升高温度，平衡逆向移动；2CO2(g) + 6H2(g)⇌CH3OCH3(g) + 3H2O(g)正反应气体系数和减小，增大压强，平衡正向移动；由图象可知，随X的增大，CH3OCH3的产率减小，说明平衡逆向移动，所以X表示温度；则L1、L2分别代表不同压强下CH3OCH3的产率，反应II是气体化学计量数减少的反应，当温度一定时，增大压强，平衡正向移动，二甲醚平衡产率增大，则L1>L2；

(3) CH3OCH3的选择性=，t℃时，CH3OCH3的选择性是76%，CO2的平衡转化率为40%，则=76%，CH3OCH3的物质的量是 mol，反应II消耗的H2的物质的量是=3a×40%×76%；

②反应I的∆H＞0，反应II的∆H＜0 ，温度升高使CO2转化为CO的平衡转化率上升，使CO2转化为CH3OCH3的平衡转化率下降，且上升幅度超过下降幅，所以温度高于300℃，CO2平衡转化率随温度升高而增大。