10.綠色發(fā)展、生態(tài)保護成為中國展示給世界的一張新“名片”。CO、CO
2的捕捉和利用是能源領域的一個重要研究方向,既可變廢為寶,又可減少碳的排放,有利于實現(xiàn)“碳中和”?;卮鹣铝袉栴}:
Ⅰ.二甲醚(CH
3OCH
3)被譽為“21世紀的清潔燃料”。用CO
2催化加氫可以制取二甲醚:2CO
2(g)+6H
2(g)?CH
3OCH
3(g)+3H
2O(g)ΔH=-122.5kJ?mol
-1。
(1)①該反應的正反應活化能E
1和逆反應活化能E
2的相對大小關系為
。
②K
p是用反應體系中氣體物質的分壓來表示的平衡常數(shù),即將K表達式中平衡濃度用平衡分壓代替。已知該反應速率v=v
正-v
逆=k
正p
2(CO
2)?p
6(H
2)-k
逆p(CH
3OCH
3)?p
3(H
2O),k
正、k
逆分別為正、逆反應速率常數(shù),p為氣體的分壓(氣體分壓p=氣體總壓p
總×體積分數(shù))。則CO
2(g)+3H
2(g)?
CH
3OCH
3(g)+
H
2O(g)的K
p為
(用k
正、k
逆表示)。
(2)T
1K時,將1mol二甲醚引入一個抽空的1.50L恒容容器中,發(fā)生分解反應:CH
3OCH
3(g)?CH
4(g)+H
2(g)+CO(g)。在不同時間測定容器內的總壓,所得數(shù)據(jù)如表:
t/min |
0 |
a |
2a |
3a |
4a |
∞ |
p總/kPa |
50.0 |
55.0 |
65.0 |
83.2 |
103.8 |
125.0 |
反應速率可以用單位時間內分壓的變化表示,即v=
,前2amin內二甲醚的平均反應速率v(二甲醚)≈
kPa?min
-1。反應達平衡時,該溫度下平衡常數(shù)K=
mol
2/L
2。
Ⅱ.甲醇是一種可再生能源,具有廣闊的開發(fā)和應用前景,可用Pt/Al
2O
3、Pd/C、Rh/SiO
2等作催化劑,利用CO、CO
2和H
2來生產甲醇,有關反應的化學方程式及其在不同溫度下的化學平衡常數(shù)如下表所示:
化學反應 |
平衡常數(shù) |
溫度/℃ |
500 |
700 |
800 |
i.2H2(g)+CO(g)?CH3OH(g)ΔH1 |
K1 |
2.5 |
0.34 |
0.15 |
ii.H2(g)+CO2(g)?H2O(g)+CO(g)ΔH2 |
K2 |
1.0 |
1.70 |
2.52 |
iii.3H2(g)+CO2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)ΔH3 |
K3 |
|
|
|
(3)若合成氣為H
2和CO
2,發(fā)生反應iii。
①K
3(700℃)=
(保留三位小數(shù));ΔH
3
(填“>”“=”或“<”)0,判斷依據(jù)是
。
②下列措施能使反應iii的平衡體系中
增大的是
(填序號)。
A.將水蒸氣從體系中分離出去
B.恒壓時充入氦氣
C.升高溫度
D.恒容時再充入一定量H
2(4)若反應i平衡時CO的體積分數(shù)(%)與溫度和壓強的關系如圖所示(虛線框表示沒有測定該條件下的數(shù)據(jù))。
則溫度T
1、T
2、T
3由大到小的關系是
,判斷理由是
。