Question

【題目】CO2和CO可作為工業合成甲醇（CH3OH）的直接碳源，還可利用CO2據電化學原理制備塑料，既減少工業生產對乙烯的依賴，又達到減少CO2排放的目的。

（1）利用CO2和H2反應合成甲醇的原理為：CO2（g）＋3H2（g）CH3OH（g）＋H2O（g）。

上述反應常用CuO和ZnO的混合物作催化劑。相同的溫度和時間段內，催化劑中CuO的質量分數對CO2的轉化率和CH3OH的產率影響的實驗數據如下表所示：

ω（CuO）／％	10	20	30	4b	50	60	70	80	90
CH3OH的產率	25％	30％	35％	45％	50％	65％	55％	53％	50％
CO2的轉化率	10％	13％	15％	20％	35％	45％	40％	35％	30％

由表可知，CuO的質量分數為________催化效果最佳。

（2）利用CO和H2在一定條件下可合成甲醇，發生如下反應：CO（g）＋2H2（g）CH3OH（g），其兩種反應過程中能量的變化曲線如下圖a、b所示，下列說法正確的是（______）

A．上述反應的ΔH＝－91kJ·mol－1

B．a反應正反應的活化能為510kJ·mol－1

C．b過程中第Ⅰ階段為吸熱反應，第Ⅱ階段為放熱反應

D．b過程使用催化劑后降低了反應的活化能和ΔH

E．b過程的反應速率：第Ⅱ階段＞第Ⅰ階段

（3）①在1L的恒定密閉容器中按物質的量之比1︰2充入CO和H2，測得平衡混合物中CH3OH的體積分數在不同壓強下隨溫度的變化情況如圖1所示，則壓強P2________P1（填“＞”、“＜”或“＝”）；平衡由A點移至C點、D點移至B點，分別可采取的具體措施為________、________；在c點時，CO的轉化率為________。

②甲和乙兩個恒容密閉容器的體積相同，向甲中加入1molCO和2molH2，向乙中加入2molCO和4molH2，測得不同溫度下CO的平衡轉化率如圖2所示，則L、M兩點容器內壓強：P（M）________2P（L）；平衡常數：K（M）________K（L）。（填“＞”、“＜”或“＝”）

（4）以納米二氧化鈦膜為工作電極，稀硫酸為電解質溶液，在一定條件下通入CO2進行電解，在陰極可制得低密度聚乙烯（簡稱LDPE）。

①電解時，陰極的電極反應式是________。

②工業上生產1.4×102kg的LDPE，理論上需要標準狀況下________L的CO2。

Answer 1

【答案】60％ ACE ①＜ 保持壓強為p2，將溫度由250℃升高到300℃ 保持溫度為300℃，將壓強由p3增大到p1 75％ ＞ < ①2n CO2 + 12nH+ + 12n e— == + 4n H2O ②2.24×105

【解析】

根據反應前后的能量變化分析反應是吸熱還是放熱；根據勒夏特列原理分析平衡的移動及計算轉化率；根據電解原理書寫電極反應及進行相關計算。

（1）由表可知，CuO的質量分數為50％催化效果最佳，故答案為：50％；

（2）A．由圖所示：ΔH=419kJ·mol－1-510kJ·mol－1=-91kJ·mol－1，故A正確；

B．由圖所示：a反應正反應的活化能為419kJ·mol－1，故B錯誤；

C．由圖所示：第Ⅰ階段反應之后的產物能量高于起始產物的能量，所以第Ⅰ階為吸熱反應，同時第Ⅰ階段反應之后的產物能量高于最終產物的能量，所以第Ⅱ階段為放熱反應，故C正確；

D．b過程使用催化劑后降低了反應的活化能，但ΔH不變，故D錯誤；

E．由圖所示，b過程第Ⅱ階段的活化能小于第Ⅰ階段，所以反應速率：第Ⅱ階段＞第Ⅰ階段，故E正確；

故答案為：ACE；

（3）①根據勒夏特列原理，壓強增大平衡正方向移動，由圖所示，300度時，C點的轉化率小于B點，故P2＜P1；平衡由A點移至C點是恒壓的條件下是使平衡逆向移動，措施為保持壓強為p2，將溫度由250℃升高到300℃；D點移至B點是溫度不變平衡正向移動，可采取的具體措施為保持溫度為300℃，將壓強由p3增大到p1；在c點時，甲醇的體積分數為50%，設甲醇的物質的量為n，則反應的CO的物質的量為n，剩余CO的物質的量為1/3n，則CO的轉化率為×100%= 75％；

故答案為：＜；保持壓強為p2，將溫度由250℃升高到300℃；保持溫度為300℃，將壓強由p3增大到p1；75％；

②M和L點，CO的準化率相同，因為體積相同，且乙中氣體是甲中氣體的2倍，則相同溫度時，P（M）=2P（L），M點的溫度高，所以P（M）>2P（L）；平衡常數只和溫度有關，該反應為放熱反應，溫度越高反應進行的限度越小，平衡常數越小，所以K（M）<K（L）；

故答案為：>；<；

（4）①電解時，陰極得電子，發生還原反應，電極反應式是2nCO2 + 12nH+ + 12n e— = + 4n H2O；

②n(CO2)==1×104，V(CO2)=22.4×104=2.24×105；

故答案為：2n CO2 + 12nH+ + 12n e— = + 4n H2O；2.24×105。