Question

發(fā)展低碳經(jīng)濟，構(gòu)建低碳社會．科學(xué)家們提出利用以工業(yè)廢氣中的CO₂為原料，以CuO與ZnO混合物為催化劑，其反應(yīng)為：CO₂+3H₂?CH₃OH+H₂O．
（1）某溫度下，在體積為lL的密閉容器中充入lmolCO₂和4molH₂，測得CO₂和CH₃OH（g）的濃度隨時間變化如（Ⅰ）圖所示．從反應(yīng)開始到平衡，甲醇的平均反應(yīng)速率v（CH₃OH）=______；氫氣的轉(zhuǎn)化率為______．
（2）常溫常壓下已知下列反應(yīng)的能量變化如（Ⅱ）圖所示：

寫出由二氧化碳和氫氣制備甲醇的熱化學(xué)方程式：______，該反應(yīng)的△S______0（填“＞”或“＜”或“=”）；反應(yīng)達到平衡后，要使該平衡向右移動，其它條件不變時，可以采取的措施有______（填序號）．
A．縮小反應(yīng)器體積B．升高溫度C．恒容條件下通入CO₂D．使用合適的催化劑
（3）在實際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，隨著甲醇的生成，還伴隨有少量CO等副產(chǎn)物出現(xiàn)，且CO₂的轉(zhuǎn)化率、甲醇和CO的含量還受氣體混合物在反應(yīng)鍋爐內(nèi)的流動速率、催化劑CuO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)影響．通過實驗分別得到如圖Ⅲ、Ⅳ．
①由圖（Ⅲ）得，生產(chǎn)甲醇的氣體最佳流動速率為______L?h^-1；
②已知當(dāng)催化劑中沒有CuO，只有單組份ZnO時，反應(yīng)速率最大．說明為什么不選擇單組份ZnO的原______，根據(jù)圖（Ⅳ）判斷，催化劑CuO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最好為______%．

Answer 1

（1）10min到達平衡，平衡時甲醇的濃度變化為0.75mol/L，從反應(yīng)開始到平衡，甲醇的平均反應(yīng)速率v（CH₃OH）=

0.75mol/L

10min

0.075mol/L?min；依據(jù)化學(xué)方程式CO₂+3H₂?CH₃OH+H₂O，計算得到反應(yīng)的氫氣物質(zhì)的量=0.75mol/L×1L×3=2.25mol，氫氣轉(zhuǎn)化率=

2.25mol

4mol

×100%=56.25%；
故答案為：0.075mol/（L．min），56.25%；
（2）圖2中熱化學(xué)方程式①CO（g）+H₂O（l）=CO₂（g）+H₂（g）△H=-41KJ/mol；
②CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（l）△H=-（510-419）KJ/mol=-91KJ/mol；
依據(jù)蓋斯定律②-①得到二氧化碳和氫氣制備甲醇的熱化學(xué)方程式：CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=-50KJ/mol；反應(yīng)前后氣體體積減小，△S＜0，要使該平衡向右移動，其它條件不變時，可以采取的措施依據(jù)化學(xué)平衡移動原理分析：
A．縮小反應(yīng)器體積，增大壓強，平衡正向進行，故A符合；
B．反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向進行，故B不符合；
C．恒容條件下通入CO₂，增大反應(yīng)物濃度平衡正向進行，故C符合；
D．使用合適的催化劑改變反應(yīng)速率不改變化學(xué)平衡，故D不符合；
故AC正確；
故答案為：CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=-50KJ/mol，＜，AC；
（3）圖象分析生產(chǎn)甲醇的氣體最佳流動速率，二氧化碳轉(zhuǎn)化率最大，甲醇產(chǎn)量最大，分析圖象數(shù)據(jù)可知最佳流動速率在3600以上都可以；使用單組份ZnO時反應(yīng)速率雖然最快，但是由圖可知，CO₂轉(zhuǎn)化率、CH₃OH產(chǎn)率均過低；圖象分析，二氧化碳轉(zhuǎn)化率最大，甲醇產(chǎn)量最大時催化劑CuO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最好是50%；
故答案：3600以上都可以，使用單組份ZnO時反應(yīng)速率雖然最快，但是由圖可知，CO₂轉(zhuǎn)化率、CH₃OH產(chǎn)率均過低，實際生產(chǎn)中沒有意義，故不采用，50%；