Question

發展低碳經濟，構建低碳社會．科學家們提出利用以工業廢氣中的CO₂為原料，以CuO與ZnO混合物為催化劑，其反應為：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．從反應開始到平衡，甲醇的平均反應速率v（CH₃OH）=______；氫氣的轉化率為______．
（2）常溫常壓下已知下列反應的能量變化如（Ⅱ）圖所示：

寫出由二氧化碳和氫氣制備甲醇的熱化學方程式：______，該反應的△S______0（填“＞”或“＜”或“=”）；反應達到平衡后，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）在實際生產中發現，隨著甲醇的生成，還伴隨有少量CO等副產物出現，且CO₂的轉化率、甲醇和CO的含量還受氣體混合物在反應鍋爐內的流動速率、催化劑CuO的質量分數影響．通過實驗分別得到如圖Ⅲ、Ⅳ．
①由圖（Ⅲ）得，生產甲醇的氣體最佳流動速率為______L?h^-1；
②已知當催化劑中沒有CuO，只有單組份ZnO時，反應速率最大．說明為什么不選擇單組份ZnO的原______，根據圖（Ⅳ）判斷，催化劑CuO的質量分數最好為______%．

Answer 1

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

0.75mol/L

10min

0.075mol/L?min；依據化學方程式CO₂+3H₂?CH₃OH+H₂O，計算得到反應的氫氣物質的量=0.75mol/L×1L×3=2.25mol，氫氣轉化率=

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；
依據蓋斯定律②-①得到二氧化碳和氫氣制備甲醇的熱化學方程式：CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=-50KJ/mol；反應前后氣體體積減小，△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化學平衡移動原理分析：
A．縮小反應器體積，增大壓強，平衡正向進行，故A符合；
B．反應是放熱反應，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速率不改變化學平衡，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）圖象分析生產甲醇的氣體最佳流動速率，二氧化碳轉化率最大，甲醇產量最大，分析圖象數據可知最佳流動速率在3600以上都可以；使用單組份ZnO時反應速率雖然最快，但是由圖可知，CO₂轉化率、CH₃OH產率均過低；圖象分析，二氧化碳轉化率最大，甲醇產量最大時催化劑CuO的質量分數最好是50%；
故答案：3600以上都可以，使用單組份ZnO時反應速率雖然最快，但是由圖可知，CO₂轉化率、CH₃OH產率均過低，實際生產中沒有意義，故不采用，50%；