高二上学期化学鲁科版（2019）选择性必修1第2章微项目 探讨如何利用工业废气中的二氧化碳合成甲醇——化学反应选择与反应条件优化（word版 有答案）

微项目 探讨如何利用工业废气中的二氧化碳合成甲醇——化学反应选择与反应条件优化
1.我国科学家研制出与合成甲醇的高效催化剂。下列有关该反应的说法错误的是( )
A.有利于减排 B.反应生成甲醇和水
C.有利于碳资源循环利用 D.该高效催化剂提高了的平衡转化率
2.对于甲醇的合成反应：，改变下列条件，不能使反应的平衡常数发生改变的是( )
A.升高温度 B.降低温度 C.增大压强 D.将该反应的化学计量数增大一倍
3.CO可用于合成甲醇，反应方程式为，CO在不同温度下的平衡转化率与压强及温度的关系如图所示。下列说法正确的是( )
A.该反应的
B.实际生产中选择的压强越高越好
C.使用合适的催化剂，可以降低反应的活化能，提高CO的平衡转化率
D.平衡常数：
4.工业上以CO和为原料合成甲醇的反应：，在容积为1 L的恒容容器中，分别在三种温度下合成甲醇。如图是上述三种温度下不同和CO的起始组成比（起始时CO的物质的量均为1 mol）与CO平衡转化率的关系。下列说法错误的是( )
A. 转化率：
B.上述三种温度之间关系为
C.a点状态下再通入0.5 mol CO和，平衡不移动
D.c点状态下再通入1 mol CO和，新平衡中的体积分数减小
5.将在一定条件下与反应转化为甲醇是变废为宝的好办法。一定条件下，每转化44g放出的热量为49.0kJ，转化为甲醇过程中部分物质的浓度随时间的变化曲线如图所示（已知反应物和生成物在此条件下均为气体），下列叙述正确的是( )
A.0~3min内，用和表示的平均反应速率相等，均为
B.此反应的热化学方程式为
C.此条件下该反应的平衡常数
D.降低温度，此反应的平衡常数减小
6.甲醇是一种重要的试剂，氢气和二氧化碳在一定条件下可以合成甲醇：，在密闭容器中充入3mol氢气和1mol二氧化碳，测得混合气体中甲醇的体积分数与温度的关系如图1所示：
试回答下列问题。
（1）该反应是_________（填“放热”或“吸热”）反应。该反应的平衡常数的表达式为_________。为了降低合成甲醇的成本可采用的措施是_________（写一条即可）。
（2）解释温度低于时，甲醇的体积分数逐渐增大的原因：_________。
（3）氢气在Q点的转化率_________（填“大于”“小于”或“等于”，下同）氢气在W点的转化率；其他条件相同时，甲醇在Q点的正反应速率_________甲醇在M点的正反应速率。
（4）图2表示氢气的转化率与投料比的关系，请在图2中画出压强分别为和（其他条件相同）时对应的变化曲线并标出相应的条件。
7.用生成甲醇的反应为。在容积为1L的恒容密闭容器中发生该反应，下图是表示三种投料[和分别为1mol、3mol；lmol、4mol和1mol、6mol]下，反应温度对的平衡转化率影响的曲线：
（1）曲线c对应的投料是___________，判断依据是___________。
（2）℃时，曲线a对应的该反应的平衡常数___________（结果保留两位有效数字，下同）；若反应至10min时达到平衡，则从反应开始至平衡时的平均反应速率=___________。
（3）500℃时，若该反应的平衡常数，则___________（填“高于”“低于”或“等于”）500℃。判断依据是___________。
8.甲醇是重要的化工原料。利用合成气（主要成分为和）在催化剂的作用下合成甲醇，可能发生的反应如下：
Ⅰ.
Ⅱ.
Ⅲ.
（1）=______。
（2）一定比例的合成气在装有催化剂的反应器中反应12小时。体系中甲醇的产率和催化剂的催化活性与温度的关系如图1所示。
①温度为470K时，图中P点________（填“处于”或“不处于”）平衡状态，490K之后，甲醇的产率随温度的升高而减小的原因除了升高温度使反应Ⅰ平衡逆向移动以外，还有________。
②一定能提高甲醇产率的措施是________。
A.增大压强 B.升高温度 C.加入大量催化剂
（3）图2为一定比例的条件下甲醇生成速率与温度的关系。
①490K时，根据曲线a、c判断合成甲醇的反应机理是_______[填“（a）”或“（b）”]。
（a）
（b）
②490K时，曲线a与曲线b相比，CO的存在使甲醇生成速率增大，从平衡移动的角度，结合反应Ⅰ、Ⅱ分析原因：_________。
答案以及解析
1.答案：D
解析：用生产甲醇，有利于减排，故A项正确；根据质量守恒知反应生成甲醇和水，故B项正确；与合成甲醇，甲醇在燃烧后产生二氧化碳，所以有利于碳资源循环利用，故C项正确；催化剂只能加快反应速率，对的平衡转化率没有影响，故D项错误。
2.答案：C
解析：平衡常数与温度有关，升高温度、降低温度，平衡常数均会发生改变，A、B项不符合题意；平衡常数与压强无关，改变压强，平衡常数不变，C项符合题意；将该反应的化学计量数增大一倍，化学反应的平衡常数为原平衡常数的平方，只要不等于1，则平衡常数会发生改变，D项不符合题意。
3.答案：D
解析：A项，相同压强下，降低温度，CO的平衡转化率增大，说明降低温度平衡正向移动，即正反应为放热反应，错误；B项，实际生产中选择的压强不是越高越好，因为压强越高对设备的要求越高，错误；C项，使用合适的催化剂，可以降低反应的活化能，但平衡不移动，不能提高CO的平衡转化率，错误；D项，该反应为放热反应，故升高温度，平衡逆向移动，K值减小，正确。
4.答案：B
解析：由图可知，当时， CO的转化率：，且大于时对应CO的转化率，当在温度为时，随着的增大，CO的转化率增大，的平衡转化率减小，所以的平衡转化率：，故A正确；根据，因为是放热反应，温度升高CO的转化率减小，由图可以看出，当相等时，时CO平衡转化率>时CO平衡转化率>时CO平衡转化率，故，故B错误；a点时，CO的转化率为50%，起始时CO的物质的量为1 mol ，的物质的量为1.5 mol，由此计算平衡常数为，通过计算再通入0.5 mol CO和的浓度商，所以平衡不移动，故C正确；c点状态下再通入1mol CO和，在等温等容的条件下，投料比不变，相当于加压，平衡向正反应方向移动，新平衡的体积分数减小，故D正确。
5.答案：B
解析：和在3min时的浓度相等，则0~3min内用表示的平均反应速率分别为、，二者不同，A项错误；由图象可知，的浓度的变化量之比为3:1:1，结合质量守恒定律可知生成物中还有1mol，再根据每转化44g（1mol）放出的热量为49.0kJ，可得该反应的热化学方程式为，B项正确；该反应的平衡常数，C项错误；降温该反应的平衡向正反应方向移动，平衡常数增大，D项错误。
6.答案：（1）放热；；增加的充入量（合理即可）
（2）温度低于时，反应未达到平衡，反应正向进行，甲醇的体积分数逐渐增大
（3）小于；小于
（4）
解析：（1）时，升高温度，甲醇的体积分数减小，平衡逆向移动，说明正反应为放热反应。该反应的平衡常数表达式为。为了降低合成甲醇的成本，应该尽可能地使平衡向右移动，可增加的充入量。
（3）温度低于时，反应未达到平衡，反应正向进行，W点达到平衡，因此氢气在Q点的转化率小于在W点的转化率。Q点和M点，甲醇的体积分数相等，则Q点体系中各物质浓度与M点相同，但M点温度高于Q点，因此甲醇在Q点的正反应速率小于在M点的正反应速率。
（4）增大压强，平衡正向移动，氢气的转化率增大，增大投料比，氢气的转化率减小，据此作图。
7.答案：（1）；当其他条件不变时，增大，可以提高的平衡转化率
（2）；
（3）高于；该反应为放热反应，当其他条件不变时，升高温度，平衡逆向移动，平衡常数减小
解析：（1）氢气与物质的量的比值越大，的平衡转化率越高，故曲线c对应的投料为。
（2）曲线a对应的投料为，当温度为时，的平衡转化率为60%，利用“三段式”法计算：
则平衡常数。0~10min内反应速率。
（3）用二氧化碳制备甲醇的反应为放热反应，则温度越高，平衡常数越小，而时，，故。
8.答案：（1）-48.9
（2）①不处于升高温度使反应Ⅲ的平衡正向移动；催化剂活性降低；②A
（3）①（b）；②CO促进反应Ⅱ逆向移动，使反应Ⅰ中和的量增加，水蒸气的量减少，反应Ⅰ正向进行
解析：（1）根据盖斯定律，反应Ⅰ=反应Ⅱ一反应Ⅲ，则。
（2）①在490K之前，甲醇的产率随着温度的升高而增大的原因是反应还没有达到平衡，甲醇的产率一直增大；在490K之后，甲醇的产率下降，从题图可知，催化剂的活性降低，且由于温度升高，反应Ⅰ平衡逆向移动，此外反应Ⅲ是吸热反应，温度升高，反应Ⅲ正向移动，甲醇的产率降低。②要提高甲醇的产率，即使反应Ⅰ正向移动。增大压强，反应Ⅰ平衡正向移动，而且反应Ⅲ递向移动，有利于提高甲醇的产率，A项符合题意；升高温度，由题图可知，甲醇的产率不一定增加，B项不符合题意；加入大量催化剂，催化剂不改变平衡不会影响甲醇的产率，C项不符合题意。
（3）①490K时，比较甲醇的生成速率，a曲线大于c曲线，即甲醇主要来源于和反应，故490K时，合成甲醇的机理为（b）。②490K时，曲线a与曲线b相比，CO的存在使甲醇生成速率增大，对反应Ⅱ，CO是生成物，CO促使反应Ⅱ逆向移动，和的量增加，水蒸气的量减少，反应Ⅰ正向进行，故CO的存在使甲醇生成速率增大。