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解答题-原理综合题 较难0.4 引用1 组卷137
CO2储量大,是常见的温室效应气体,其综合利用意义深远。
CO2与H2制CH3OH可能发生如下反应:
(i)CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g) H1=+41.1kJ·mol-1
(ii)CO2(g)+4H2(g)=CH4(g)+2H2O(g) H2=-162kJ·mol-1
(iii)CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g) H3=-90.1kJ·mol-1
(iv)CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g) H4
(1)反应(iv)自发进行的条件是:___
A.低温自发B.高温自发
C.任何条件都能自发D.任何条件都不能自发
(2)科学研究工作者研究了不同外界条件与CH3OH产率或不同产物选择性的关系,如图所示。

由上述可知,合适的催化剂及其适宜温度分别为______
(3)以铜基催化剂催化CO2加氢制甲醇可能的反应历程存在如下步骤(*表示催化剂的活性中心,表示H2在催化剂表面的吸附态):
①H2(g)+*→H2*②H2*+*→2H*③CO2(g)+*→CO2*④CO2*+H*→HCO2*⑤HCO2*+H*→H2CO*+O*⑥____⑦H3CO*+H*→CH3OH*+*⑧CH3OH*→CH3OH(g)+*⑨O*+H*→OH*+*⑩OH*+H*→H2O*+*
请写出步骤⑥的化学方程式为___
反应CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)在恒温恒压条件下进行,能证明反应达到平衡状态标志的是: ___
A.混合气体的密度不变
B.甲醇的体积分数不变
C.相同时间内二氧化碳的消耗速率等于甲醇的生成速率
D.反应体系的温度不再变化
(4)恒温恒压下发生CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)反应,欲增大甲醇的产量,一定可行的措施有___
A.向体系中通入CO2
B.移走甲醇
C.移走H2O(g)
D.与初始投料等物质的量的通入CO2、H2
(5)200℃时,将0.200molCO2和0.400molH2充入压强恒定为P的密闭容器中,发生CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)反应。在催化剂作用下,CO2的最高转化率为50%,则此温度下该反应的平衡常数Kp=___。平衡时,保持压强P恒定不变,再向体系里充入0.200molCO2和0.100mol水蒸气,反应向___方向进行。(选填“正反应,逆反应,保持平衡”)
21-22高三上·黑龙江哈尔滨·开学考试
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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当前,我国公布了实现“碳达峰、碳中和”目标的具体时间。因此,含碳化合物的综合利用,有效缓解温室效应成为研究热点。回答下列问题:
(1)CO2可与 H2制甲醇:
在催化剂作用下,发生以下反应:
I. CO2(g)+3 H2 (g) CH3OH(g)+H2O(g) H1 = - 49 kJ·mol-1
II. CO2(g)+ H2 (g) CO(g)+ H2O(g) H2 = + 41 kJ·mol-1
则:III. CO (g) + 2H2(g) CH3OH(g) H = ___________。若将等物质的量的 CO 和 H2 充入恒温恒容密闭容器中进行反应III,下列事实能说明此反应已达到平衡状态的是 ___________
A.生成 CH3OH 的速率与生成 H2的速率相等
B.CO 的体积分数保持不变
C.混合气体的平均相对分子质量不变
D.CO和 H2 的物质的量之比为 1: 2
(2)在钯基催化剂表面上,甲醇制氢的反应历程如图所示,其中吸附在钯催化剂表面上的物种用*标注。该历程中最大能垒(活化能)Ea = ___________kJ·mol-1,写出该步骤的化学方程式:___________

(3)利用 CO2和 CH4重整也是实现“碳中和”目标的重要途径: CO2 (g)+CH4 (g)2CO(g)+2H2(g) H > 0,在密闭容器中通入物质的量均为 0.1 mol 的 CH4和CO2,在一定条件下发生上述反应, CH4的平衡转化率与温度及压强(单位:Pa)的关系如图所示。

①结合图示,p1___________ p2,在p2下,y点时v ___________ v (填“>”“<”或“=”)
②用平衡分压代替平衡浓度可以得到平衡常数 Kp,则x点对应温度下反应的平衡常数Kp = __________(已知:气体分压 = 气体总压 X 气体的物质的量分数)。
当前,我国公布了实现“碳达峰、碳中和”目标的具体时间。因此,含碳化合物的综合利用,有效缓解温室效应成为研究热点。回答下列问题:
(1)CO2可与 H2制甲醇:在催化剂作用下,发生以下反应:
Ⅰ.CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)   H1=-49 kJ·mol-1
Ⅱ.CO2(g)+H2(g)CO(g)+ H2O(g)   H2=+41 kJ·mol-1
则:Ⅲ.CO(g) + 2H2(g) CH3OH(g)   H=___________
若将物质的量之比为1:2的 CO 和 H2 充入恒温恒容密闭容器中进行反应Ⅲ,下列事实能说明此反应已达到平衡状态的是 ___________
A.生成 CH3OH 的速率与生成 H2的速率相等     
B.CO 的体积分数保持不变
C.混合气体的平均相对分子质量不变
D.V(CO)和 v(H2) 的速率之比为 1:2
(2)在钯基催化剂表面上,甲醇制氢的反应历程如图所示,其中吸附在钯催化剂表面上的物种用*标注。该历程中最大能垒(活化能)Ea=___________kJ·mol-1,写出该步骤的化学方程式:___________

(3)将充入恒容密闭容器中进行反应Ⅲ,反应相同时间时测得不同温度下的转化率如图所示:

①下列措施能使该反应的反应速率增大且平衡向正反应方向移动的是___________
A.升高温度            B.充入Ar使压强增大        C.充入CO使压强增大       D.选择高效催化剂
②温度在下,从反应开始至末,这段时间内的反应速率___________
③由图可知,在温度低于时,CO的转化率随温度的升高而增大,原因是___________
④已知c点时容器内气体的压强为p,则在下该反应的压强平衡常数___________ (用含p的代数式表示,是用各气体的分压替代浓度来计算的平衡常数,分压=总压×物质的量分数)。
减少CO2排放并实现CO2的有效转化已成为科研工作者的研究热点。根据以下两种常见的CO2利用方法,回答下列问题:
(I)在钌配合物催化作用下采用“CO2催化加氢制甲酸”方法将CO2资源化利用。
反应为:CO2(g)+H2(g)HCOOH(g)   ΔH
(1)已知:298K时,部分物质的相对能量如表所示,ΔH =_______kJ·mol-1,该反应在_____(填“高温”、“低温”或者“任意温度” )易自发进行。

物质

CO2(g)

H2(g)

H2O(g)

CO(g)

HCOOH(g)

相对能量/kJ ·mol-1)

-393

0

-242

-110

-423.9


(II)以氧化铟(In2O3)作催化剂,采用“CO2催化加氢制甲醇”方法将CO2资源化利用。反应历程如下:
i.催化剂活化:In2O3 (无活性)In2O3-x (有活性)
ii.CO2与H2在活化的催化剂表面同时发生如下反应:
反应①:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1
反应②:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH2
(2)某温度下,在恒容密闭反应器发生以上反应,下列能说明反应①达到平衡状态的是___ (填标号)。
A.v(H2):v(CH3OH)=3:1
B.混合气体的平均摩尔质量保持不变
C.混合气体的密度保持不变
D.CH3OH(g)的分压保持不变
(3)增大CO2和H2混合气体的流速,可减少产物中H2O(g)的积累,从而减少催化剂的失活,请用化学方程式表示催化剂失活的原因:__________
(4)ii中反应①、②的lnK(K代表化学平衡常数)随×103 (T代表温度)的变化如图所示

请在上述图中画出反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)的 lnK 随×103变化的曲线_______
(5)在恒温密闭容器中,维持压强和投料比不变,将CO2和H2按一定流速通过反应器, CO2的转化率[α(CO2)%]和甲醇的选择性[x(CH3OH)%= ×100%]随着温度变化关系如图所示。

若233~251°C时催化剂的活性受温度影响不大,分析温度高于235°C时图中曲线下降的原因________
(6)恒温恒压密闭容器中,加入2molCO2和4molH2,同时发生反应①和反应②,初始压强为p0,在300°C发生反应,反应达到平衡时,CO2的转化率为50%,容器体积减小20%,则反应②用平衡分压表示的平衡常数Kp=________(保留两位有效数字)。

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