10. 费托合成是以合成气(CO 和 H
2 混合气体)为原料在催化剂和适当条件下合成烯烃(C
2~C
4)以及烷烃(CH
4、C
5~C
11、C
12~C
18等,用C
n H
2n+2表示)的工艺过程。
已知:① 2CO(g) +O
2(g) =2CO
2 (g)
△H
1 =a
②2H
2(g) + O
2(g)=2H
2O(g)
△H
2 =b
③
回答下列问题:
(1)反应(2n +1)H
2 (g)+nCO(g)=C
nH
2n+2(g)+nH
2O(g)的
△H
_____。(用含有a、b、c、n 的式子表示)
(2)费托合成产物碳原子分布遵循 ASF 分布规律。碳链增长因子(α)是描述产物分布的重要参数,不同数值对应不同的产物分布。ASF 分布规律如图,若要控制 C
2~C
4的质量分数 0.48~0.57,则需控制碳链增长因子(α)的范围是
________。
(3)近期,我国中科院上海高等研究院在费托合成烃的催化剂上取得重大进展。如图所示,Co
2C作催化剂的规律是:选择球形催化剂时
_____,选择平行六面体催化剂时
_____。
(4)中科院大连化物所研究团队直接利用CO
2与H
2合成甲醇。一定条件下,向 2L 恒容密闭容器中充入1molCO
2和 2mol H
2发生反应“CO
2(g)+3H
2(g)
⇌CH
3OH(g)+H
2O(g)
△H”。CO
2的平衡转化率(α)与温度(T)的关系如图所示。
①判断
△H
_______0。(填“大于”“小于”或“等于”)
②500 K 时,反应 5 min 达到平衡。计算 0~5 min 用H
2O 表示该反应的化学反应速率为
_________,该反应的平衡常数为
__________。
③500 K 时,测定各物质的物质的量浓度分别为 c(CO
2)=0.4 mol/L、c(H
2) = 0.2 mol/L、c(CH
3OH) = 0.6 mol/L、c(H
2O) = 0. 6 mol/L,此时反应
____ (填“是”或“否”) 达到平衡,理由是
_____ 。
④一定条件下,对于反应 CO
2(g) + 3H
2(g)
⇌CH
3OH(g) + H
2O(g)。下列说法中不能表明反应达到平衡的是
_____。
a.恒温恒容下,c(CH
3OH)=c(H
2O)
b.恒温恒容下,体系的压强保持不变
c.恒温恒容下,体系的平均摩尔质量不变
d.相同时间内,断裂 H-H 键和断裂 H-O 键之比 1:1