Question

甲醇是重要的化工原料。利用合成气(主要成分为CO、CO₂和H₂) 在催化剂的作用下合成甲醇，可能发生的反应如下:

I.CO(g)+H₂O(g)CO₂(g)+H₂(g)  △H₁=-41.0kJ/mol

II. CO(g) +2H₂(g)CH₃OH(g)    △H₂=-90. 0kJ/mol 

III.CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH(g)+H₂O(g)  △H₃

回答下列问题:

（1）则△H₃=______，在以上制备甲醇的两个反应中，反应II优于反应III，其原因为______。

（2）一定化例的合成气在装有催化剂的反应器中反应12小时，体系中甲醇的产率和催化剂的催化活性与温度的关系如图1所示。

当温度为470K时，图中P点_____(填“是”或“不是”)处于平衡状态。490K之后，甲醇产率下降的原因是____________。

（3）图2 为一定比例的CO2、H2，CO、H2，CO、CO2、.H2条件下甲醇生成速率与温度的关系。

①490K时，根据曲线a、c 判断合成甲醇的反应机理是______(填“A"或“B").

A.     B.

②490K时，曲线a 与曲线b相比，CO的存在使甲醇生成速率增大，结合反应I、III分析原因______________________。

（4）研究证实，CO₂ 也可在酸性水溶液中通过电解生成甲醇，则生成甲醇的电极反应式为_____。

Answer

- 49.0 kJ·mol-1 反应Ⅱ符合“原子经济性”的原则即原子利用率为100%（绿色化学） 不是 反应Ⅱ、Ⅲ均为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，且催化剂活性降低 B CO促进反应Ⅰ正向移动，二氧化碳和氢气的量增加，水蒸气的量减少，有利于反应III正向进行 CO2+6H++6e−==CH3OH+H2O

【解析】（1）根据盖斯定律：反应Ⅱ-反应Ⅰ=反应Ⅲ，故△H3=△H2-△H1=-90.0kJ/mol-（-41.0kJ/mol

）= - 49.0 kJ·mol-1 ，由于反应Ⅱ生成物只有甲醇，原子利用率为100%，符合“原子经济性”的原则（绿色化学），故反应II优于反应III，因此，本题答案为：- 49.0 kJ·mol-1 ；反应Ⅱ符合“原子经济性”的原则即原子利用率为100%（绿色化学）。

温度为470K时，图中P点甲醇产率没有达到最大，不是处于平衡状态。反应Ⅱ、Ⅲ均为放热反应，490K之后，升高温度平衡逆向移动，且催化剂活性降低，使甲醇产率下降，故本题答案为：不是； 反应Ⅱ、Ⅲ均为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，且催化剂活性降低。

（3））图2 为一定比例的CO2、H2，CO、H2，CO、CO2、.H2条件下甲醇生成速率与温度的关系。①490K时，从甲醇的生成速率来看，a曲线大于c曲线，即甲醇 来源于CO2和H2

故490K时，根据曲线a、c 判断合成甲醇的反应机理是 B；②490K时，曲线a 与曲线b相比，CO的存在使甲醇生成速率增大，从化学热力学，结合反应I、III分析，对I.CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)，CO是反应物，CO促进反应I正向移动，CO2和H2

的量增加，水蒸气的量减少，反应III.CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) 正向进行，故

CO的存在使甲醇生成速率增大。

（4）CO2 在酸性水溶液中通过电解生成甲醇，CO2 中碳元素化合价降低，被还原，发生还原反应，则生成甲醇的电极反应式为：CO2+6H++6e−==CH3OH+H2O。