Question

【題目】對溫室氣體二氧化碳的研究一直是科技界關注的重點。

I．在催化劑存在下用H2還原CO2是解決溫室效應的重要手段之一，相關反應如下：

主反應：CO2(g)+4H2(g)=CH4(g)+2H2O(g)

副反應：CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g)

（1）工業(yè)上提高甲烷反應選擇性的關鍵因素是____________。

（2）T℃時，若在體積恒為2L的密閉容器中同時發(fā)生上述反應，將物質(zhì)的量之和為5mol的H2和CO2以不同的投料比進行反應，結(jié)果如圖所示。若a、b表示反應物的轉(zhuǎn)化率，則表示H2轉(zhuǎn)化率的是____________，c、d分別表示CH4(g)和CO(g)的體積分數(shù)，由圖可知=____________時，甲烷產(chǎn)率最高。

Ⅱ．CO2加氫合成低碳烯烴的技術在節(jié)能減排等方面具有重要意義，由CO2和H2合成CH3OH的反應如下：CO(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g) △H，在10L的恒容密閉容器中投入1molCO2和2.75molH2，在不同條件下發(fā)生上述反應，測得平衡時甲醇的物質(zhì)的量隨溫度、壓強的變化如圖所示。

（3）判斷P1____________P2 (填“大于”、“小于”或“等于”）

說明理由_____________________________________。

（4）經(jīng)測定Q點時容器的壓強是反應前壓強的9/10，若反應從開始到平衡所需的時間為5min，則05min內(nèi)H2的反應速率v(H2)=____________。

Answer 1

【答案】 催化劑 b 4 大于 此反應正向是氣體分子總數(shù)縮小的反應，在相同溫度下，壓強越大，正向進行程度越大，生成甲醇越多 v(H2)=1.125×l0-2mol/(L·min)

【解析】(1)催化劑能加快化學反應速率，并且具有選擇性，故工業(yè)上提高甲烷反應選擇性的關鍵因素是催化劑，故答案為：催化劑；

(2)反應物有兩種以上的，增大一種反應物濃度可以提高另一種反應物的轉(zhuǎn)化率，本身轉(zhuǎn)化率降低，依據(jù)圖象可知， 增大，則氫氣的轉(zhuǎn)化率減小，因此b曲線為氫氣轉(zhuǎn)化率曲線；由圖可知，橫坐標=4時，c曲線達到最高，即甲烷的體積分數(shù)最大，故答案為：b；4；

(3)該反應的正反應為氣體體積減小的反應，溫度一定時，增大壓強，平衡向正反應方向移動，甲醇的物質(zhì)的量增大，故壓強P1＞P2，故答案為：＞；此反應正向是氣體分子總數(shù)縮小的反應，在相同溫度下，壓強越大，正向進行程度越大，生成甲醇越多；

(4)設轉(zhuǎn)化的二氧化碳的濃度為x

根據(jù)反應CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)

起始(mol/L) 0.10.275 0 0

轉(zhuǎn)化(mol/L) x 3x x x

平衡(mol/L) 0.1-x0.275-3xx x

根據(jù)壓強為反應前的可以列出表達式=，可以計算出x=0.01875 mol/L，V(H2)= ==1.125×10-2mol/(Lmin)，故答案為1.125×10-2mol/(Lmin)。