题目

题型：不详难度：来源：

发展低碳经济，构建低碳社会．科学家们提出利用以工业废气中的CO₂为原料，以CuO与ZnO混合物为催化剂，其反应为：CO₂+3H₂⇌CH₃OH+H₂O．
（1）某温度下，在体积为lL的密闭容器中充入lmolCO₂和4molH₂，测得CO₂和CH₃OH（g）的浓度随时间变化如（Ⅰ）图所示．从反应开始到平衡，甲醇的平均反应速率v（CH₃OH）=______；氢气的转化率为______．
（2）常温常压下已知下列反应的能量变化如（Ⅱ）图所示：

写出由二氧化碳和氢气制备甲醇的热化学方程式：______，该反应的△S______0（填“＞”或“＜”或“=”）；反应达到平衡后，要使该平衡向右移动，其它条件不变时，可以采取的措施有______（填序号）．
A．缩小反应器体积B．升高温度C．恒容条件下通入CO₂D．使用合适的催化剂
（3）在实际生产中发现，随着甲醇的生成，还伴随有少量CO等副产物出现，且CO₂的转化率、甲醇和CO的含量还受气体混合物在反应锅炉内的流动速率、催化剂CuO的质量分数影响．通过实验分别得到如图Ⅲ、Ⅳ．
①由图（Ⅲ）得，生产甲醇的气体最佳流动速率为______L•h^-1；
②已知当催化剂中没有CuO，只有单组份ZnO时，反应速率最大．说明为什么不选择单组份ZnO的原______，根据图（Ⅳ）判断，催化剂CuO的质量分数最好为______%．

答案

（1）10min到达平衡，平衡时甲醇的浓度变化为0.75mol/L，从反应开始到平衡，甲醇的平均反应速率v（CH₃OH）=

0.75mol/L

10min

0.075mol/L•min；依据化学方程式CO₂+3H₂⇌CH₃OH+H₂O，计算得到反应的氢气物质的量=0.75mol/L×1L×3=2.25mol，氢气转化率=

2.25mol

4mol

×100%=56.25%；
故答案为：0.075mol/（L．min），56.25%；
（2）图2中热化学方程式①CO（g）+H₂O（l）=CO₂（g）+H₂（g）△H=-41KJ/mol；
②CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（l）△H=-（510-419）KJ/mol=-91KJ/mol；
依据盖斯定律②-①得到二氧化碳和氢气制备甲醇的热化学方程式：CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=-50KJ/mol；反应前后气体体积减小，△S＜0，要使该平衡向右移动，其它条件不变时，可以采取的措施依据化学平衡移动原理分析：
A．缩小反应器体积，增大压强，平衡正向进行，故A符合；
B．反应是放热反应，升高温度，平衡逆向进行，故B不符合；
C．恒容条件下通入CO₂，增大反应物浓度平衡正向进行，故C符合；
D．使用合适的催化剂改变反应速率不改变化学平衡，故D不符合；
故AC正确；
故答案为：CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=-50KJ/mol，＜，AC；
（3）图象分析生产甲醇的气体最佳流动速率，二氧化碳转化率最大，甲醇产量最大，分析图象数据可知最佳流动速率在3600以上都可以；使用单组份ZnO时反应速率虽然最快，但是由图可知，CO₂转化率、CH₃OH产率均过低；图象分析，二氧化碳转化率最大，甲醇产量最大时催化剂CuO的质量分数最好是50%；
故答案：3600以上都可以，使用单组份ZnO时反应速率虽然最快，但是由图可知，CO₂转化率、CH₃OH产率均过低，实际生产中没有意义，故不采用，50%；