3.當今世界多國相繼規(guī)劃了碳達峰、碳中和的時間節(jié)點。因此,研發(fā)二氧化碳利用技術(shù),降低空氣中二氧化碳含量成為研究熱點。其中用CO
2、H
2為原料合成甲醇(CH
3OH)過程主要涉及以下反應:
反應Ⅰ:CO
2(g)+3H
2(g)?CH
3OH(g)+H
2O(g) ΔH
1反應Ⅱ:CO
2(g)+H
2(g)?CO(g)+H
2O(g) ΔH
2=+41.2kJ?mol
-1反應Ⅲ:
CO(g)+H
2(g)?2CH
3OH(g) ΔH
3=-45.1kJ?mol
-1??
(1)根據(jù)蓋斯定律,反應Ⅰ的ΔH
1=
。
(2)我國學者結(jié)合實驗與計算機模擬結(jié)果,研究了CO
2與H
2在TiO
2/Cu催化劑表面生成CH
3OH和H
2O的部分反應歷程,如圖1所示,其中吸附在催化劑表面的物種用*標注。
反應歷程中反應速率最快一步的能壘(活化能)的E
正=
eV。并寫出該歷程的化學方程式
。
(3)上述反應體系在一定條件下建立平衡后,下列說法正確的有
(填字母)。
A.升高溫度,反應Ⅱ正向移動,反應Ⅲ逆向移動
B.加入反應Ⅰ的催化劑,可以降低反應的活化能及反應熱
C.增大H
2的濃度,有利于提高CO
2的平衡轉(zhuǎn)化率
D.及時分離出CH
3OH,可以使得反應Ⅰ的正反應速率增大
(4)加壓,甲醇產(chǎn)率將
(填“升高”“不變”“降低”或“無法確定”);若原料二氧化碳中摻混一氧化碳,隨一氧化碳含量的增加,甲醇產(chǎn)率將
(填“升高”“不變”“降低”或“無法確定”)。
(5)加入新催化劑使1molCO
2和3molH
2在1L密閉容器中只發(fā)生反應Ⅰ、Ⅱ,CO
2平衡轉(zhuǎn)化率和甲醇選擇率(甲醇選擇率是指轉(zhuǎn)化生成甲醇的CO
2物質(zhì)的量分數(shù))與溫度的變化趨勢如圖2所示。
①由圖可知,達到平衡時,最適宜的反應溫度是
(填“473K”“513K”或“553K”)。
②553K時,若反應后體系的總壓為p,反應Ⅰ的K
p=
(列出計算式)。(K
p為壓強平衡常數(shù),其表達式寫法:在濃度平衡常數(shù)表達式中用氣體分壓代替濃度,氣體的分壓等于總壓乘以物質(zhì)的量分數(shù)。)