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解答题-原理综合题 较易0.85 引用3 组卷218
CO2引起的气候变化已经引起了全世界的关注,但同时CO2也是时持续的碳资源,将CO2转化为高附加值的燃料或化学品不仅可以解决CO2的问题,还可变废为宝得到有用的化学品。CO2加氢制甲醇是实现这一过程的理想选择之一、
(1)CO2加氢制甲醇的化学方程式是:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(l)+H2O(l) ∆H, 相关物质的燃烧热数据如下表所示:
物质H2(g)CH3OH(1)
燃烧热△H (kJ∙mol−1)−284−726
回答下列问题:
①∆H=___________ kJ∙mol−1
②320℃时,将含CO2体积分数10%的空气与H2按体积比5:2投入到密闭容器中,同时加入催化剂发生反应(此时体系内各物质均为气态),测得初始时压强为P,反应一段时间后达到平衡,测得CO2的平衡转化率为50%,则平衡时体系的压强为___________,反应的平衡常数___________(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)。
(2)Fujta等学者开展了在Cu/ZnO催化剂上进行CO2+H2合成甲醇机理的研究。机理如下:

回答下列问题:
①过程3的化学方程式为___________ ; 研究表明,过程3的活化能小但实际反应速率慢,是控速步骤,导致该步反应速率小的原因可能是___________
A.H2O对该反应有阻碍作用          B. CO2的存在削弱了同一吸附位上H2的吸附
C.温度变化导致活化能增大          D.温度变化导致平衡常数减小
②ZnO也有催化作用,催化机理与Cu相似,CH3O−Zn与___________反应可获得CH3OH。
(3)科学家设计了一种新的CO2−H2O可循环系统,可以实现温室气体的零排放,同时也回避了H2的难储存问题,装置如下:

回答下列问题:
①系统中的能量转化形式有___________
②b电极上的电极反应式为___________,如果将电解质溶液换为KOH溶液,对合成甲醇造成的不良后果是___________
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知识点:盖斯定律与热化学方程式化学反应条件的控制及优化化学反应条件的控制及其应用甲醇燃料电池 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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是当今最主要的温室气体,全球各国都面临着严峻的减排压力。与此同时,也是一种“碳源”,转化为高附加值的燃料或化学品不仅可以解决的问题,还可变废为宝得到有用的化学品。加氢制甲醇是实现这一过程的理想方法之一。
主要发生以下反应:
反应I:       
反应Ⅱ:             
反应Ⅲ:       
(1)已知部分化学键的键能如下表,则x=___________
化学键H-HH-OC-H   C-O
键能/()4364654131076.8x
(2)Fujta等学者开展了在Cu/ZnO催化剂上进行CO2+H2合成甲醇机理的研究。机理如下:
   
①过程2的化学方程式为___________
②研究表明,过程3的活化能小但实际反应速率慢,是速控步骤,导致该步反应速率小的原因可能是___________
A.温度变化导致活化能增大                                        
B.的存在削弱了同一吸附位上的吸附
C.对该反应有阻碍作用                                        
D.温度变化导致平衡常数减小
(3)一定温度下,在容积恒定的密闭容器中充入amol(g)和3amol(g),起始压强为在达到平衡,测得容器内的压强为起始的0.8倍,(g)的物质的量为0.6amol。在此条件下,的转化率=________,反应Ⅲ的平衡常数_______(以分压表示,分压=总压×物质的量分数)
(4)甲醇水蒸气重整制氢(SRM)系统可作为电动汽车燃料电池的理想氢源。系统中的两个反应如下:
主反应:       
副反应:             
单位时间内,转化率与CO生成率随温度的变化如图所示:
   
升温过程中实际反应转化率不断接近平衡状态转化率的原因是___________;温度升高,CO实际反应生成率并没有不断接近平衡状态的生成率,其原因可能是___________
碳达峰、碳中和是近年来世界各国研究的重要课题,合理利用,对减少的排放及解决能源短缺问题具有重大意义。回答下列问题:
(1)利用催化氢化制甲烷的反应为   。已知部分化学键的键能数据如表所示:
化学键
键能414436745463
则该反应的反应热_______
(2)Fujta等学者开展了在催化剂上进行合成甲醇机理的研究。机理如下:
   
①过程2的化学方程式为_______
②研究表明,过程3的活化能小但实际反应速率慢,是速控步骤,导致该步反应速率小的原因可能是_______(填标号)。
A.温度变化导致活化能增大       B.温度变化导致平衡常数减小
C.对该反应有阻碍作用       D.的存在削弱了同一吸附位上的吸附
(3)一定温度下,制备甲醇的主要反应为:,在容积恒定的密闭容器中充入,达到平衡时测得容器内的压强为的物质的量为。在此条件下,的转化率_______,该反应的平衡常数_______(以分压表示,分压总压物质的量分数)。
(4)一种捕集烟气中的过程如图所示。室温下以溶液吸收,若通入所引起的溶液体积变化和挥发可忽略,溶液中含碳物种的浓度电离常数分别为。完成下列问题:
   
①如图所示的“吸收”“转化”过程中,溶液的温度_______(填“下降”、“不变”或“上升”)。
②KOH完全转化为时,溶液中:_______
③KOH溶液吸收溶液中:_______(填“”、“”或“”)。
为减少CO2排放、科学家着眼于能源转换和再利用等问题。
(1)CO2甲烷化反应最早由化学家Paul Sabatier提出。在一定的温度和压力下,将按一定比例混合的CO2和H2通过装有催化剂的反应器可得到甲烷。
①已知部分共价键键能如表。
化学键C=OC-HH-HH-O
键能/kJ•mol-1745.0413.4436.0462.8
则反应CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)的∆H=_______kJ•mol-1
②向刚性绝热密闭容器中充入等物质的量的CO2(g)和H2(g)发生上述反应,下列可说明反应已达平衡状态的是 _______(填编号)。
A.容器内温度不变     B.混合气体平均密度保持不变
C.CH4的体积分数保持不变   D.v(CO2)=v(H2O)
(2)CO2与H2在某催化剂表面制甲醇的化学方程式是:CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ∆H<0。
①320℃时,CO2与H2按体积比1:4投入到刚性密闭容器中,同时加入催化剂发生合成甲醇的反应,测得初始时压强为p,反应一段时间后达到平衡,测得CO2的平衡转化率为50%,则平衡时体系的压强为 _______
②若将2molCO2和6molH2充入密闭容器中发生反应:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ∆H<0。图甲表示压强为0.1 MPa和5.0MPa下CO2的平衡转化率随温度的变化关系。

a、b两点正反应速率分别用va、vb表示,则va_______vb(填“大于”、“小于”或“等于”)。
b点对应的平衡常数Kp=_______MPa-2(Kp为以平衡分压代替平衡浓度表示的平衡常数。分压=总压×物质的量分数)。
(3)我国科学家用S-In催化剂电催化还原CO2制甲酸的机理如图乙所示,其中吸附在催化剂表面的原子用*标注。

①图乙中,催化剂S2-活性位点在催化过程中的作用是 _______
②图丙为催化还原CO2的反应历程图。其中,生成甲酸的决速步骤的电极反应式为 _______,从反应能垒角度分析该催化剂对生成甲酸具有高选择性的原因:_______

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