节能减排是一个世界性的问题，为降低大气中CO2含量，某科学家提出“绿色化学”构想：即把工厂排出的富含CO2的废气经净化后用碳酸钾溶液吸收，然后再把CO2从溶液中提取出来，在合成塔中经化学反应使废气中的CO2与氢气反应转变为燃料甲醇。 (1)合成甲醇

admin2016-04-11 23

问题节能减排是一个世界性的问题，为降低大气中CO₂含量，某科学家提出“绿色化学”构想：即把工厂排出的富含CO₂的废气经净化后用碳酸钾溶液吸收，然后再把CO₂从溶液中提取出来，在合成塔中经化学反应使废气中的CO₂与氢气反应转变为燃料甲醇。
(1)合成甲醇反应的化学方程式为CO₂(g)+3 H₂(g)=CH₃OH(g)+H₂O(g)△H＜0，从平衡移动原理分析，低温有利于提高原料气的平衡转化率。而实际生产中采用的温度为300℃，除考虑温度对反应速率的影响外，还主要考虑了_________；
(2)从合成塔分离出甲醇的原理与下列________操作的原理比较相似(填字母)；
A．过滤 B．分液
C．蒸馏 D．结晶
(3)假如在体积为1L的合成塔中，充入1 mol CO₂和3 mol H₂，测得CO₂(g)和CH₃OH(g)的浓度随时间变化如图所示。从反应开始到平衡，v(H₂)=________；能使平衡体系中n(CH₃OH)／n(CO₂)增大的措施有_________(写一种即可)；

(4)如将CO₂与H₂以1：4的体积比混合，在适当的条件下可制得CH₄；
已知：①CH₄(g)+2O₂=CO₂(g)+2H₂O(1) △H₁=一890 kJ／mol
②H₂(g)+

=H₂O(1) △H₂=一285．8 kJ／mol
写出CO₂(g)与H₂(g)反应生成CH₄(g)与液态水的热化学方程式：______________。

选项

答案(1)催化剂的催化活性 (2)C (3)0．24mol.L^-1.min^-1 增大反应压力 (4)CO₂(g)+4H₂(g)[*]CH₄(g)+2H₂O(1)；△H=一253．2 kJ.mol^-1

解析 (1)在实际生产中，为了加快反应速率、降低反应条件等，通常要使用催化剂，本题所涉及反应也要使用催化剂，故在确定反应温度时，除考虑反应速率、转化率外，还需考虑催化剂的催化活性。
(2)将甲醇和水进行分离是利用了甲醇和水沸点不同的原理，这与蒸馏的原理相似，故选C。
(3)由合成甲醇的化学方程式可知甲醇的生成速率和氢气的反应速率为1：3，由图像可知从反应开始到达到平衡的10min内，甲醇的浓度变化为0．8 mol．L^-1，其生成速率为0．08 mol.L^-1.min^-1，所以氢气的反应速率为0．24 mol.L^-1.min^-1。
增大压强，平衡向气体体积减小的方向移动，即沿正反应方向移动，增加H₂的浓度，也可使反应向正反应方向移动，此时，平衡体系中CH₃OH增多，CO₂减少，CH₃OH和CO₂的物质的量之比增大。
(4)将两个方程式进行计算，4×②一①得，CO₂(g)+4H₂(g)