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解答题-原理综合题 较难0.4 引用1 组卷321
生物质气是以农作物的秸秆等为原料通过热化学转化得到的，主要有、、，还含少量的及等。请回答下列问题：
Ⅰ．用Fe2O3干法脱除NH3涉及的部分反应及平衡常数Kp的对数值与温度的关系如下：
①NH3(g)+Fe2O3(s)N2(g)+3Fe3O4(s)+H2O(g)△H1， ②NH3(g)+6Fe2O3(s) N2O(g)+4Fe3O4(s)+H2O(g)△H2， ③NH3(g)+Fe2O3(s)NO(g) +5Fe3O4(s)+H2O(g)△H3，

(1)反应的___(用含、、的式子表示)。
(2)相同温度时，反应趋势最小的反应是___(填“①”“②”或“③”)。若一定条件下，向体积为的恒容密闭容器中加入和足量发生上述反应，，达到平衡时，容器中、、分别为、、，此时的浓度为______(用含、、、的代数式表示)，该温度下反应③的平衡常数为____________。
Ⅱ．用生物质合成甲醇，主要反应为CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)△H=-90 kJ·mol-1，CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)△H=-53.7kJ·mol-1。利用铜基催化剂，在总压为3.6MPa和4.6MPa时，温度对甲醇时空产率[指在给定反应条件下，单位时间内，单位体积(或质量)催化剂能获得的甲醇产量]的影响如图所示。

(3)压强为3.6MPa时对应的曲线是______(填“a”或“b”)，理由是_____________。
(4)甲醇时空产率先增大，继续升高温度后又开始降低，降低的原因可能是______、_______。
(5)其他条件不变，改变下列选项给出的条件一定能使反应CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)正向移动的是______(填标号)。
A．反应容器体积不变，充入一定量氩气
B．升高温度
C．移走一部分甲醇
D．使用高效催化剂
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知识点：盖斯定律及其有关计算化学平衡的移动及其影响因素化学平衡图像分析化学平衡常数的有关计算 答案解析 【答案】很抱歉，登录后才可免费查看答案和解析！
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甲醇是重要的化工原料。利用合成气(主要成分为CO、CO2和H2)，在催化剂的作用下合成甲醇，可能发生的反应如下：
Ⅰ.CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1 = -49.5 kJ· mol−1
Ⅱ.CO2(g)+ H2(g)⇌CO(g)+H2O(g) ΔH2 = +40.9 kJ· mol−1
Ⅲ.CO (g)+2H2(g)⇌CH3OH(g) ΔH3 = -90.4 kJ· mol−1
回答下列问题：
(1)一定条件下，向体积为VL的恒容密闭容器中通入1 mol CO2和3 mol H2发生上述反应，达到平衡时，容器中CO (g)和CH3OH (g)的物质的量分别为ɑ mol、b mol，此时H2O(g)的浓度为________ mol﹒L−1(用含a、b、V的代数式表示，下同)，反应Ⅲ的平衡常数K为________。
(2)如图为合成气的组成n(H2)/n(CO+CO2)=2.6时，体系中CO的平衡转化率α(CO)与温度和压强的关系，图中的压强由大到小的顺序为________。

(3)如图为一定比例的CO2+H2、CO+H2、CO/CO2+H2条件下甲醇生成速率与温度的关系。490K时，根据曲线a、c可判断合成甲醇的反应机理是________。(填“A”或“B” )

A.COCO2CH3OH+H2O
B.CO2COCH3OH
(4)如图为一定比例的合成气在装有催化剂的反应器中反应12小时，体系中甲醇的产率和催化剂的催化活性与温度的关系。

①温度为470K时，图中P点的v正________ v逆。(填“＞”“＜”或“=”)
②下列说法错误的是________。(填标号)
A.增大压强或加入大量催化剂均一定能提高甲醇的产率
B.490K之前，甲醇的产率随温度升高而增大的原因可能是升高温度使反应Ⅰ的平衡正向移动
C.490K之后，甲醇的产率随温度升高而减小的原因可能是因为催化剂活性降低
D.490K之后，甲醇的产率随温度的升高而减小的原因可能是升高温度使反应Ⅲ的平衡逆向移动
研究C、N元素的单质及化合物的有效利用对工业生产有重要意义。请回答下列问题：
(1)合成氨反应的反应历程和能量变化如图所示：

则N2(g)+3H2(g)2NH3(g) △H=_______。
(2)氨气是工业制硝酸的主要原料之一，催化氧化步骤中发生的主要反应如下：
I.4NH3(g)+5O2(g) 4NO(g)+6H2O(g) ∆H=-906kJ∙mol−1
II.4NH3(g)+3O2(g) 2N2(g)+6H2O(g) ∆H=-126kJ∙mol−1
将固定比例NH3和O2的混合气体以一定流速通过填充有催化剂的反应器，反应产率与温度的关系如图所示。

①低于T1℃时，NO的产率较低的原因可能为_______。
②高于T2℃时，NO的产率降低的可能原因为_______(填选项字母)。
A.催化剂活性降低                 B.平衡常数减小
C.反应活化能增大                    D.氨气溶于水
(3)甲烷干法重整制H2的过程为反应a：CH4+CO22CO+2H2，同时发生副反应b：CO2+H2CO+H2O，T℃时，在恒压容器中，通入2molCH4和1molCO2发生上述反应，总压强为P0，平衡时甲烷的转化率为40%，H2O的分压为P，则反应a的压强平衡常数Kp= _______(用含P和P0的计算式表示，已知分压=总压×物质的量分数)
(4)某恒温条件下，CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g)的平衡常数K=1.5mol/L，在此温度下，CO2又有部分分解成CO，即2CO2(g)2CO(g)+O2(g)，若将5molCaCO3装入1L真空容器中，当达到平衡时气体中O2的物质的量分数为20%，则此时CaO的物质的量为_______。
(5)利用“合成气”合成甲醇后，脱水制得二甲醚。反应为：2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)△H经查阅资料，在一定范围内，上述反应化学平衡常数与热力学温度存在如下关系：lnKc=-2.205+。其速率方程为：v正=k正·c2(CH3OH)，v逆=k逆·c(CH3OCH3)·c(H2O)，k正、K逆为速率常数，且影响外因只有温度。
①反应达到平衡后，仅升高温度，k正增大的倍数_______k逆增大的倍数(填“>”、“<”或“=”)。
②500K下，在密闭容器中加入一定量甲醇CH3OH，反应到达平衡状态时，体系中CH3OCH3(g)的物质的量分数为_______(埴标号)
A.                 B.                      C.                       D.无法确定
甲醇是一种可再生能源，也是一种重要的化工原料，在日常生活中有着广泛的应用。工业上可采用下列两种反应合成甲醇：
反应Ⅰ：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H1=-90.64 kJ·mol-1
反应Ⅱ：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H2
(1)已知反应：CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) △H3=-41.20 kJ·mol-1，则反应Ⅱ的△H2=___。
(2)将一定量的CO和H2加入容积固定的密闭容器中，发生上述反应Ⅰ，反应进行相同时间，测得甲醇的体积分数φ(CH3OH)与反应温度T的关系曲线如图所示，由以上信息推测b点φ(CH3OH)大于a点的原因是___。

(3)如图是反应I中温度、压强与CO平衡转化率的关系：

①由图象可知，较低温度时，CO转化率对____(选填“温度”或“压强”)敏感。
②由图象可知，温度越低，压强越大，CO转化率越高，但实际生产往往采用300℃左右和10 MPa的条件，其原因是____。
(4)573.2 K时，向一容积可变的恒压密闭容器中充入1 mol CO2和3 mol H2，发生上述反应Ⅱ，测得起始时容器的体积为2 L，气体总压强为PMPa，t2 min后反应达到平衡，若CO2的转化率为50%，则平衡时H2的物质的量浓度为___mol/L，其平衡常数Kp=___(MPa)-2(用含P的代数式表示，Kp为以分压表示的平衡常数)
(5)若容器容积不变，充入一定量的CO2和H2进行反应Ⅱ，下列措施可增加甲醇产率的是___。
A．增加CO2的量                                B．升高温度
C．充入He，使体系总压强增大            D．按原比例再充入CO2和H2
(6)甲醇燃料电池体积小、洁净环保、比能量高，已在便携式通讯设备、汽车等领域应用，“甲醇燃料电池”的工作原理如图所示。

请写出电极M上发生的电极反应式___。

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