Question

固定利用CO₂对减少温室气体排放意义重大。CO₂加氢合成甲醇是CO₂综合利用的一条新途径。CO₂和H₂在催化剂作用下发生反应：CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH(g)+H₂O(g)  ΔH<0

（1）测得甲醇的理论产率与反应温度、压强的关系如图所示。

①下列措施能使CO₂的转化率提高的是____（填序号）。

A．增大压强     B．升高温度    C．增大H₂投料比    D．用更高效的催化剂

②在220℃、5.0MPa时，CO₂、H₂的转化率之比为___________。

③将温度从220℃降低至160℃，压强从5.0MPa减小至3.0MPa，化学反应速率将_____（填“增大”“减小”或“不变”下同），CO₂的转化率将_____。

④200℃时,将0.100 mol CO₂和0.275 mol H₂充入1 L密闭容器中，在催化剂作用下反应达到平衡。若CO₂的转化率为25%,，则此温度下该反应的平衡常数表达式K=_____________（只用数字填，不必计算出结果）。

（2）若H₂(g)和CH₃OH(l)的燃烧热分别为-285.8kJ·mol^﹣1和-726.5kJ·mol^﹣1，则由CO₂和H₂生成液态甲醇和液态水的热化学方程式为________________________________。

（3）甲醇电解法制氢气比电解水法制氢气的氢的利用率更高、电解电压更低。电解装置如图。

电源的正极为_____（填序号a或b)。其中阳极的电极反应式为_________________；标况下，每消耗1mol甲醇则生成H₂的体积为____。

Answer

AC 1∶1 减小 增大 CO2(g)+3H2(g)CH3OH(l)+H2O(l) △H= -130.9kJ·mol-1 b CH3OH+H2O－6e－=CO2+6H+ 67.2L

【解析】（1）①A.正向是气体体积减小的反应，加压平衡正向移动，CO2的转化率提高，故A正确；B.该反应为放热反应，升温有利于平衡逆向移动，CO2的转化率降低，故B错误；C.增大H2投料比有利于平衡正向移动，CO2的转化率提高，故C正确；D.使用催化剂平衡不移动，故D错误；答案为AC。②根据图可知甲醇的理论产率为25%，CO2和H2的投料比为1:3，与反应的系数比一致，所以，CO2、H2的转化率之比相等为1:1。③温度越低、压强越小，反应速率越小，观察图中的数据可知，在140℃，2MPa时，甲醇的产率高于25%，所以二氧化碳的转化率高于25%，即二氧碳的转化率增大。④利用三段式计算：

           CO2+3H2⇌CH3OH+H2O

起始(mol/L)  0.1    0.275    0           0

转化(mol/L) 0.025   0.075   0.025      0.025   

平衡(mol/L) 0.075   0.2    0.025      0.025     

所以

（2）由H2（g）的燃烧热△H为-285.8kJ•mol-1知，1molH2（g）完全燃烧生成1molH2O（l）放出热量285.8kJ，即①H2（g）+O2（g）=H2O（l）△H=-285.8kJ•mol-1；②CH3OH（l）+O2（g）=CO2（g）+2 H2O（l）△H=-726.5kJ•mol-1，由盖斯定律可知，3×①-②得CO2（g）+3H2（g）=CH3OH（l）+H2O（l）△H=-130.9 kJ•mol-1，故答案为：CO2（g）+3H2（g）=CH3OH（l）+H2O（l）△H=-130.9 kJ•mol-1；

（3）根据产生图示左边应该是溶液中的氢离子得电子生成氢气，得出左边为阴极右边为阳极，故电源a为负极，b为正极；阳极上发生甲醇失电子变成二氧化碳的反应，结合酸性电解质，故阳极电极反应为CH3OH+H2O－6e－=CO2+6H+；每消耗1mol甲醇转移6mol电子，可以生成3mol氢气，故生成的氢气为3mol，体积为67.2L。