（1）2017年中科院某研究團隊通過設計一種新型Na-Fe3O4/HZSM-5多功能符合催化劑，成功實現了CO...

問題詳情：

（1）2017年中科院某研究團隊通過設計一種新型Na-Fe3O4/HZSM-5多功能符合催化劑，成功實現了CO2直接加*製取**值汽油，該研究成果被評價為“CO2催化轉化領域的突破*進展”。

已知：H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l)   ΔH1=-285.8KJ/mol

C8H18 (1)+25/2O2(g)=8CO2(g)+9H2O(1)   ΔH3=-5518KJ/mol

試寫出25℃、101kPa條件下，CO2與H2反應生成汽油（以C8H18表示）的熱化學方程式________

（2）利用CO2及H2為原料，在合適的催化劑（如Cu/ZnO催化劑）作用下，也可合成CH3OH，涉及的反應有：

*：CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)        △H=-53.7 kJ·mol-1平衡常數 K1

乙：CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)             △H=+41.2 kJ·mol-1平衡常數K2

①CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)的平衡常數K=______(用含K1、K2的表示式表示)，該反應H_____0（填“大於”或“小於”）。

②提高CO2轉化為CH3OH平衡轉化率的措施有___________（填寫兩項）。

③催化劑和反應體系的關係就像鎖和鑰匙的關係一樣，具有高度的選擇*。下列四組實驗，控制CO2和H2初始投料比均為1：2.2，經過相同反應時間（t1min）

由表格中的資料可知，相同溫度下不同的催化劑對CO2的轉化為CH3OH的選擇*有顯著影響，根據上表所給資料結合反應原理，所得最優選項為___________（填字母符號）。

（3）以CO、H2為原料合成*醇的反應為：CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g)。在體積均為2L的三個恆容密閉Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中，分別都充入1molCO和2molH2，三個容器的反應溫度分別為T1、T2、T3且恆定不變。圖1為三個容器中的反應均進行到5min時H2的體積分數示意圖，其中有一個容器反應一定達到平衡狀態。CO的平衡轉化率在不同壓強下隨溫度的變化如圖所示。

①0～5 min時間內容器Ⅱ中用CH3OH表示的化學反應速率為__________。

②三個容器中一定達到平衡狀態的是容器________（填寫容器代號）。

③工業實際合成CH3OH生產中，採用圖2中M點而不是N點對應的反應條件，運用化學反應速率和化學平衡知識，同時考慮生產實際，說明選擇該反應條件的理由_________________________。

【回答】

【*】    (1). 8CO2(g)+25H2(g)=C8H18(1)+16H2O(1)    ΔH=-1627KJ/mol    (2). K=K1/K2    (3). 小於    (4). 降低溫度、減少產物濃度    (5). B    (6). 0.0875mol/(L·min)    (7). Ⅲ    (8). M點的轉化率較高，化學反應速率大，裝置承壓力小（若答為：M點轉化率較高，催化劑活*大，裝置承壓力小等合理*得分）

【解析】（1）已知：①H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l)   ΔH1=-285.8kJ/mol，

②C8H18 (1)+25/2O2(g)=8CO2(g)+9H2O(1)   ΔH3=-5518kJ/mol，

根據蓋斯定律，由①×25-②得反應方程式：8CO2(g)+25H2(g)=C8H18(1) +16H2O(1) ΔH=20ΔH1-ΔH2=-285.8kJ/mol ×25-(-5518kJ/mol)= -1627kJ/mol；

(2) ①已知*：CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)        △H=-53.7 kJ·mol-1平衡常數 K1

乙：CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)             △H=+41.2 kJ·mol-1平衡常數K2

根據蓋斯定律，由*-乙得反應CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)的平衡常數K=；△H=-53.7 kJ·mol-1-41.2 kJ·mol-1=-94.9 kJ·mol-1<0；②反應CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)是氣體體積縮小的放熱反應，提高CO2轉化為CH3OH平衡轉化率的措施有降低溫度、減少產物濃度、按比例充入原料CO2和H2等；③由表中資料分析在相同溫度下不同催化劑對*醇的選擇*有顯著影響，使用Cu/ZnO奈米片催化劑時*醇選擇*高；使用相同的催化劑在不同溫度下，雖然二氧化碳的轉化率增加，*醇的選擇*卻減小，說明溫度升高，副產物增加，因此綜合考慮選B選項；（3）①CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)

開始時的物質的量：1      2          0

轉化的物質的量：  a      2a         a

平衡時的物質的量：1-a    2-2a       a

容器Ⅱ中0～5 min內H2含量是20%，a=，v(CH3OH)= 0.0875mol/(L·min)；②Ⅲ中溫度高*氣含量高，說明達到平衡升高溫度平衡逆向移動，*氣含量增加；③溫度高化學反應速率增大，M點的轉化率較高，化學反應速率大，裝置承壓力小或M點轉化率較高，催化劑活*大，裝置承壓力小，因此選擇M點條件。

知識點：化學反應速率 化學平衡

題型：綜合題