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解答题-原理综合题 较难0.4 引用3 组卷388
将天然气(主要成分为CH4)中的CO2、H2S资源化转化在能源利用、环境保护等方面意义重大。
(1)CO2转化为CO、H2S转化为S的反应如下:
i.2CO2(g)=2CO(g)+O2(g)       H1=+566kJ/mol
ii.2H2S(g)+O2(g)=2H2O(l)+2S(s)        H2=﹣530kJ/mol
iii.CO2、H2S转化生成CO、S等物质的热化学方程式是___________
(2)CO2性质稳定,是一种“惰性”分子。对于反应ⅲ,通过设计合适的催化剂可以降低______,提高反应速率。
a.活化能                  b.H                    c.平衡常数
(3)我国科学家研制新型催化剂,设计协同转化装置实现反应ⅲ,工作原理如下所示。

【方案1】若M3+/M2+=Fe3+/Fe2+
①所含Fe3+、Fe2+的溶液需为较强的酸性,原因是___________
②结合反应式说明生成S、CO的原理:___________
【方案2】若M3+/M2+=EDTA-Fe3+/EDTA-Fe2+(配合物)
已知:电解效率η的定义:
③测得η(EDTA-Fe3+)≈100%,η(CO)≈80%。阴极放电的物质有___________
④为进一步确认CO2、H2S能协同转化,对CO的来源分析如下:
来源1:CO2通过电极反应产生CO
来源2:电解质(含碳元素)等物质发生降解,产生CO
设计实验探究,证实来源2不成立。实验方案是___________
结论:方案2明显优于方案1,该研究成果为天然气的净化、资源化转化提供了工业化解决思路。
21-22高三上·北京朝阳·期末
知识点:盖斯定律与热化学方程式催化剂对化学反应速率的影响电解原理的理解及判断电解池电极反应式及化学方程式的书写与判断 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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CH4和CO2一样是主要的温室气体,且性质稳定,但CH4的温室效应约为相同质量CO2的120倍,在1000℃以上CH4会完全分解为炭黑。研究如何转化CO2和CH4对减少温室气体的排放,改善大气环境具有重要的意义。
(1)573K时,CO2能与H2在催化剂下转化生成CH3OH。已知:
ⅰ.CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)ΔH=+41.2kJ·mol-1
ⅱ.CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)ΔH=-90.4kJ·mol-1
请写出CO2与H2反应生成CH3OH(g)的热化学方程式__
(2)用Ni作催化剂,在一定的温度和压强下,CO2与CH4发生反应:CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)ΔH=+274.3kJ·mol-1
下列反应条件有利于提高CH4平衡转化率的是__(填正确答案标号)。
A.适当升高温度            B.降温同时加压
C.增大CO2的量            D.选择更合适的催化剂
(3)某化学实验小组将1molCH4与1molCO2充入1L的恒容密闭容器中,使其发生反应CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g),测得CH4和CO2的平衡转化率随温度变化的关系如图所示。
①1200K之前CO2的平衡转化率大于CH4可能的原因是___
②923K时,该反应在10min达到平衡,则0~10min内CH4的平均反应速率为__mol·L-1·min-1

(4)2014年我国科学家成功实现甲烷在无氧条件下选择活化,一步高效生产乙烯、芳烃和氢气等高值化学品。某化学研究室将2molCH4充入1L的密闭容器中,在单中心铁的催化作用下,CH4主要转化为C2H4,同时还有C6H6(g)、H2生成,反应达到平衡时测得n(C2H4)=0.6mol、C6H6(g)=0.05mol,则反应2CH4(g)C2H4(g)+2H2(g)的平衡常数K=___(计算结果保留一位小数)。
(5)利用电化学装置可实现将CH4和CO2两种分子转化为常见化工原料,其原理如图所示:

①多孔电极a为___(填“阴极”或“阳极”)。
②若生成的C2H6和C2H4的体积比为1:1,则多孔电极b发生的反应为___
③当生成C2H6和C2H4各0.1mol时,转化的CH4和CO2的总体积在标准状况下是___L。
钛(Ti)及其合金具有密度小、质量轻、比强度高、耐腐蚀性等优点,被称为“全能金属”。
(1)工业上利用金红石(TiO2)制备金属钛的流程如下:

已知:TiO2转化为TiCl4有直接氯化法和碳氯化法。
i.直接氯化:TiO2(s)+ 2Cl2(g) = TiCl4(g)+O2(g) ∆H= +172 kJ·mol-1
ii.碳氯化:TiO2(s)+ 2Cl2(g)+2C(s)= TiCl4(g)+2CO(g) ∆H=- -51 kJ·mol-1
①已知:C的燃烧热为393.5 kJ·mol-1,则CO的燃烧热为_______
②“碳氯化”的反应趋势远大于直接氯化,原因是_______
③“碳氯化”过程中每生成1mol TiCl4,理论上转移电子数为_______
④“还原”步骤中可使用金属Mg在1073~1173K及氩气保护下制取金属钛。相比于传统的氢气还原法(2500℃下,用H2作还原剂),请从物质转化与资源综合利用角度分析,用金属Mg还原的优点是_______
(2)我国科学家研究出USTB工艺制取金属钛,其原理如图。

                              USTB法电解原理
①该方法使用具有导电性的TiO·TiC固溶体作阳极,碳钢作阴极,熔盐作电解质,电解时阳极发生的主要电极反应为_______
②由于水对实验有严重影响,而熔盐CaCl2具有很强的吸水性,所以必须对CaCl2进行预处理。将装有CaCl2的坩埚置于电阻炉后,同时以1.5L/min的速度通入氩气,实验所得到的熔盐CaCl2重量随温度和时间的变化曲线如图所示。图中244℃时发生CaCl2脱除结晶水的反应。请结合图像分析,工业上一般在778℃时,将通入氩气的速度降至0.2L/min,其原因可能是_______

                                             CaCl2综合热分析曲线图
开发氢能是实现社会可持续发展的需要。下图是以含H2S杂质的天然气为原料制取氢气的流程图。

回答下列问题:
(1)反应②的化学方程式为____________________________________________
(2)反应④的离子方程式为____________________________________________
(3)步骤③中制氢气的原理如下:
Ⅰ:CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) ΔH=+206.4 kJ·mol1
Ⅱ:CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) ΔH=-41.2 kJ·mol1
①对于反应Ⅰ,一定可以提高平衡体系中H2的百分含量,又能加快反应速率的措施是________(填字母代号)。
a.升高温度       b.增大水蒸气浓度       c.加入催化剂       d.降低压强
②利用反应Ⅱ,将CO进一步转化,可提高H2的产量。若1.00 mol CO和H2的混合气体(CO的体积分数为20%)与H2O反应,得到1.18 mol CO、CO2和H2的混合气体,则CO的转化率为____________
③已知:反应Fe(s)+CO2(g)FeO(s)+CO(g) ΔH1,平衡常数为K1;反应Fe(s)+H2O(g)FeO(s)+H2(g) ΔH2,平衡常数为K2;在不同温度时K1K2的值如下表:
700 ℃900 ℃
K11.472.15
K22.381.67

求:Ⅱ反应的逆反应方程式CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)的平衡常数K________(用K1K2表示),且由表可知,反应CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)是___________反应(填“吸热”或“放热”)。
(4)我国科研人员也提出了由CO2和CH4转化为高附加值产品和CH3COOH的催化反应历程,该历程示意图如下。下列说法不正确的是________

A.生成CH3COOH总反应的原子利用率为100%
B.CH4→CH3COOH过程中,有C—H键发生断裂
C.①→②放出能量并形成了C—C键
D.该催化剂可有效提高反应物的平衡转化率

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