分层作业(15)探讨如何利用工业废气中的二氧化碳合成甲醇-【智学校本学案】2025-2026学年高中化学选择性必修第一册分层作业（鲁科版）

0□00□00 分层作业（十五） □口1口口1□ 学 2□2222 探讨如何利用工业废气中的 题 卡 年级： 33333 后 4□4口44口4☐ 二氧化碳合成甲醇 息 班级： 位 5555I5 6□66☐66 (满分：20分) 姓名： 707D7077 8☐8□8☐8]8 9□99□99□ 基础对点练· i.CO2 (g)+3H2 (g)CH3 OH(g)+ H20(g)△H1=-58kJ·mol-1; 1.(2分)我国科学家研制出CO2与H2合成甲醇 ii CO2 (g)+H2 (g)CO(g)+H2O(g) 的高效催化剂。下列有关说法错误的是( ) [A]有利于减排CO2 △H2=+42kJ·mol-1。 [B]反应生成甲醇和水 下列说法不正确的是 ( []有利于碳资源循环利用 [A]增大氢气浓度能提高二氧化碳的转化率 [D]提高了甲醇的平衡转化率 [B]增大压强，有利于反应向生成甲醇的方向进 2.(2分)利用合成气（主要成分为C0、CO2和 行，反应ⅰ的平衡常数增大 H2)通过下列反应合成甲醇。 [c]升高温度，生成甲醇的速率加快，反应ⅱ的 反应①：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) 限度同时增大 △H1=+41kJ·mol-1; [D]选用理想的催化剂可以提高甲醇在最终产 反应②：CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g) 物中的比例 △H2=-99kJ·mol1； 4.(2分)据报道，在300℃、70MPa下由二氧化 反应③：CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+ 碳和氢气合成乙醇已成为现实：2CO2(g)+ H2O(I)△H3。 6H2(g)=CHCH2OH(g)+3H2O(g)。下 下列说法正确的是 列说法错误的是 () [A]反应①为放热反应 [A]使用Cu-Zn-Fe催化剂可大大提高生产效率 [B]增大反应①的压强，H,转化率提高 [B]反应需在300℃下进行，可推测该反应一定 [c]反应②使用催化剂，△H2不变 是吸热反应 [D]△H3=-58kJ·mol-1 3.(2分)CO2催化加氢制取甲醇的研究，对于环 [o]充人大量CO2气体可提高H2的转化率 境、能源问题都具有重要的意义。相关反应的 [D]从平衡混合气体中分离出CHCH2OH和 热化学方程式： H2O可提高CO2和H2的利用率 29 能力提升练· 876543210+0.5 7.(8分)完成下列问题。 5.(2分)如图所示为接触法制硫酸的设备和工艺 (1)已知反应C0(g)+2H2(g)CHOH(g), 流程，其中关键步骤是SO2的催化氧化：2SO2+ V2Os 0,A2S0,△H<0。下列说法正确的是 在恒容密闭容器中按”《G0-方加人C0和 n(H2) ( H2合成甲醇，测得起始压强p。=102kPa。 98.3% CO的平衡转化率[α(CO)门随温度的变化曲线 H,S0,尾气 如图1所示，R点时反应的平衡常数K。= 1s02、0 (kPa)-2(用平衡分压代替平衡浓度计 黄铁矿 矿渣 空气一岁 算，p分=p总X物质的量分数)，R、S两点平衡 0明s03 沸腾炉 接触室 吸收塔 常数大小：K,(R) (填“>”“=”或 [A]反应后气体分子数减少，增大反应容器内压 “<”)K(S)。 强一定有利于提高生产效益 0.95 0.85 [B]反应放热，为提高SO2转化率，应尽可能在 0.75 0.65 较低温度下反应 805 T.0.50 0.45 []工业生产要求高效，为加快反应速率，应使 0.35 S(T2,0.26) 0.25 用催化剂并提高体系温度 0.15 0.05■ [D]沸腾炉流出的气体必须经过净化，并补充适 0 T/℃ 量空气，再进入接触室 图1 6.(2分)已知：2CH3OH(g)=CH3OCH3(g)+ (2)CO可用于合成甲醇，反应的化学方程式为 H2O(g)△H=-25kJ·mol1,某温度下的 CO(g)+2H2(g)CHOH(g)。CO在不同 平衡常数为400。此温度下，在1L的密闭容 温度下的平衡转化率与压强的关系如图2所 器中加入一定量CHOH,反应到某时刻测得 示。该反应的△H (填“>”或“<”)0。 各组分的物质的量浓度如下表所示。下列说法 实际生产条件控制在250℃、1.3×104kPa左 正确的是 ( 右，选择此压强的理由是 物质 CH OH CH,OCHs H2O c/(mol·L-1) 0.8 1.24 1.24 1001 250℃ [A]平衡后升高温度，平衡常数>400 [B]平衡时，c(CH OCH3)=1.6mol·L-1 300℃ % [c]平衡时，反应混合物的总能量减少31kJ 20 350℃ [D]平衡时，再加入与起始等量的CHOH,达新平 0 0.51.01.5 衡后CHOH转化率增大 p/(104kPa) 图2 30故B正确；催化剂只能加快反应速率，不能提高平衡转化率， 2.C「反应①焓变为正值，为吸热反应，故A错误；增大反应① 合成氨反应为放热反应，高温不利于提高原料的平衡转化 的压强，平衡不移动，H2转化率不变，故B错误；焓变只与反 率，而液化分离出NH3和N2、H2的循环再利用均可以使平 应体系的始态和终态有关，使用催化剂，△H2不变，故C正 衡正向移动，所以步骤④⑤有利于提高原料的平衡转化率 确；根据盖斯定律，由反应①十反应②可得CO2(g)十3H2(g) 步骤③不能，故C错误；在反应达到一定程度时及时将氨从 =CHOH(g)+H2O(g)△H=-58kJ·mol1,所以 混合气中分离出去，可使平衡正向移动，能保持足够高的原 CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(1)△H3≠-58 料转化率，故D正确。门 kJ·mol1,故D错误。] 5.C[合成氨反应是放热反应，升高温度使平衡逆向移动，氦 3.B[增大压强，平衡向气体体积减小的方向移动，则有利于 气的转化率降低，A错误；由于该反应是可逆反应，反应物不 反应「向生成甲醇的方向进行，但反应的平衡常数只与温度 能完全转化为反应产物，故3mol氢气和1mol氨气反应时， 有关，温度不变，平衡常数不变，故B错误。] 放出的热量小于92.2kJ,B错误；增加氢气的量，平衡正向移 4.B[使用催化剂可加快反应速率，从而提高生产效率，A项 动，氨气的转化率提高，但对于一个给定的化学反应，化学平 正确；加热可以加快化学反应速率，放热反应也可在加热条 衡常数K只受温度的影响，C正确；使用催化剂不能改变反 件下进行，B项错误；充入大量CO2气体可使平衡正向移动 应的化学平衡常数K,氨的产率不变，D错误。] 提高H2的转化率，C项正确：从平衡混合气体中分离出 6.D[表中数据经科学实验测定，不可能有明显误差，A错误； CHCH2OH和H2O可促使平衡正向移动，从而提高CO2和 合成氨生产过程是连续的，不可能对生产条件控制不当，B错 H2的利用率，D项正确。] 误；平衡浓度大小与分解速率的大小没有直接关系，C错误； 5.D[增大压强对设备要求和动力要求很高，成本太高，故A 实际从合成塔出来的混合气体中含有氨约为15%，与科学测 错误；反应温度较低，反应速率太慢，经济效益低，故B错误； 定结果相比偏低，这说明合成氨工业考虑单位时间的产量问 工业生产要求高效，为加快反应速率，应使用催化剂，但还需 题，并未使合成氨反应达到平衡，因为使反应达到平衡需要 要考虑催化剂的最佳活性温度，所以不一定温度越高，反应 一定的时间，时间太长生产成本增加，D正确。] 速率越快，故C错误；沸腾炉流出的气体含有许多粉尘和有 7.[解析](1)根据表格数据可知，在相同条件下，使用催化剂 害气体，会导致催化剂中毒，因此必须经过净化，第一阶段反 CuO-ZnO可使甲醇含量最高，催化效果最好；a、b两，点温度 应后，氧气含量下降明显，因此沸腾炉流出的气体净化后要 较低，反应速率慢，未达到平衡，c点是拐，点，是该温度的平衡 补充适量空气，再进入接触室，故D正确。] 点，d点继续升温，平衡逆向移动，故d点已经平衡。(2)由 6.B[该反应的正反应是放热反应，升高温度平衡向逆反应方 反应的平衡常数计算可得2y<15x时有Q<K。(3)反应10 向移动，平衡常数降低，故平衡后升高温度，平衡常数<400， min后，气体的总物质的量变为原来的75%，则气体总物质 故A错误；由表中数据可知，CH3OH的起始浓度为0.8mol 的量减少1mol,氢气反应了1.5mol,0~10min,氢气的平均 ·L-1+2×1.24mol·L1=3.28mol·L-1,设平衡后 反应速率为0.075mol·L1·min1;随着反应正向进行，反 c(CH,OCH)=xmol·L1,根据热化学方程式可知平衡时 应产物浓度逐渐增加，逆反应速率逐渐加快，所以前5min内 c(CH0H)=(3.28-2x)mol·L1,c(H2O)=xmol· 的o是(CH3OH)小于前10min内的o运(CH3OH)。(4)该反 应是气体体积减小的反应，平衡建立过程中容器内压强减 L,所以8.28-2z=400,x=1.6molL,故B正确： 小，则容器内压强保持不变说明正、逆反应速率相等，反应已 恒容条件下，反应混合物的总能量减少量等于反应放出的热 达到平衡；由质量守恒定律可知，反应过程中气体的总质量 量，由B中可知，平衡时后c(CH3OCH3)=1.6mol·L1,所 始终不变，在恒容密闭容器中混合气体的密度始终不变，则 以平衡时n(CH3OCH3)=1.6mol·L1×1L=1.6mol,由 混合气体的密度保持不变不能说明正、逆反应速率相等，无 热化学方程式可知反应放出的热量为25kJ·mol1×1.6mol 法判断反应是否达到平衡；3v玉(CHOH)=v(H2)不能说 =40kJ,故平衡时，反应混合物的总能量减少40kJ,故C错 明正、逆反应速率相等，无法判断反应是否达到平衡；反应中 误；平衡时，再加入与起始等量的CH3OH,等效为增大压强， 二氧化碳的物质的量减小，水蒸气的物质的量增大，则CO 反应前后气体的物质的量不变，与原平衡等效，平衡后 与H2O的物质的量之比保持不变说明正、逆反应速率相等， CHOH转化率不变，故D错误。] 反应已达到平衡。 7.[解析](1)R点时CO的平衡转化率为0.50，设起始加入 的CO为xmol,根据“三段式”分析： 分层作业（十五） CO(g)+2H2 (g)=CH OH(g) 起始/mol x 2x 0 答案速对 转化/mol 0.5x 0.5x 平衡/mol 0.5x x 0.5x 123:456 ,见=1，则类地=”类地 x+2x 恒温恒容时 n2 p2 卫平衡 n平街 0.5x+x+0.5x DC BB DB 3 2 2 1 2,故p4衡=p起6×3kPa=102X3kPa=68kPa,R点的 7.(1)1156 > (2)< 在1.3×10kPa时，C0的转 力平衡(CH3OH) 平衡 常 数 化率已较高，再增大压强CO转化率提高不大，同时生 Kp p单病(CO)·力年衡(H2) 产成本增加，得不偿失 68 kPaX2.0 0.5 试题精析 63PX器(s8kPX 1.012=1156(kPa)2,不同温度 1.D[用CO2生产甲醇，有利于减排CO2,故A正确；根据元 下，转化率越大，K越大，故K。(R)>K,(S)。(2)从图2来 素守恒知反应生成甲醇和水，故B正确；CO2与H2合成甲 看，随着温度的升高，CO的转化率变小，表明温度升高平衡 醇，甲醇在燃烧后产生二氧化碳，所以有利于碳资源循环利 逆向移动，该反应为放热反应，故△H<0;综合温度、压强对 用，故C正确；催化剂只能加快反应速率，对甲醇的平衡转化 CO转化率的影响来看，在1.3X10kPa时，C0的转化率已 率没有影响，故D错误。] 经很大，不必再增大压强。 1136