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解答题-原理综合题 适中0.65 引用2 组卷706
利用CO2可合成尿素、醇等系列重要化工原料。回答下列有关问题：
(1)以CO2和NH3为原料合成尿素是利用CO2的成功范例。在尿素合成塔中的主要反应可表示如下：
反应1：2NH3(g)+CO2(g)NH2CO2NH4(s) △H1=-159.47kJ·mol-1
反应2：NH2CO2NH4(s)CO(NH2)2(s)+H2O(g) △H2=+72.49kJ·mol-1
反应3：2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(g) △H3
反应1、2和3的△G(自由能变化)随温度的变化关系如图所示。图中对应于反应3的线条是____。提高尿素产率的方法有____、____。

一定条件下，恒容容器中，充入原料气3molNH3和1molCO2，平衡时CO2的转化率为0.5，容器内总压强为pkPa，已知反应2的Kp=ap则上述反应3的平衡常数Kp=____(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数)。以惰性电极电解尿素[CO(NH2)2]的碱性溶液，阳极有N2产生，写出阳极的电极反应方程式____。
(2)工业上利用CO2可以制备甲醇，某一刚性容器中充入1molCO2和3molH2，在催化剂存在的条件下进行反应，测得温度与平衡转化率、产物选择性的关系如图所示。

反应1：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H1
反应2：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) △H2
已知：CH3OH选择性=，反应1为____(填“放热”或“吸热”)反应，有研究表明，在原料气中掺入适量的CO有利于提高CH3OH选择性，说明其可能的原因是____，有利于提高CH3OH选择性反应条件还可以是____(填标号)。
A.高温高压        B.高温低压        C.低温高压        D.低温低压
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知识点：化学平衡常数的有关计算化学反应条件的控制及其应用复合判据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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利用CO2可合成烷烃、醇等系列重要化工原料。回答下列有关问题：
I．制备甲烷：CO2(g)+4H2(g)=CH4(g)+2H2O (g) △H
已知：CH4、H2的燃烧热分别为   △H1 =—893kJ·mol-1、△H2=—285.8 kJ· mol-1，1mol液态H2O变成水蒸气需吸收44kJ的热量。
(1)△H=___________ kJ· mol-1。
II．制备甲醇：
主反应： CO2(g) + 3H2CH3OH(g) +H2O (g) △H1=—58 kJ·mol-1
副反应： CO2(g) + H2(g) CO(g) + H2O (g) △H2= +41 kJ·mol-1
某一刚性容器中充入1molCO2和3molH2，在催化剂存在的条件下进行反应，测得温度与平衡转化率、产物选择性的关系如下图所示。

已知： CH3OH选择性=
(2)240°C该反应达到平衡时，产生的CH3OH的物质的量为___________mol，240°C时副反应的化学平衡常数为___________。
(3)有研究表明，在原料气中掺入适量的CO有利于提高CH3OH选择性，说明其可能的原因是___________， 有利于提高CH3OH选择性反应条件还可以是_____ (填标号)。
A．高温高压        B．高温低压          C．低温高压          D．低温低压
甲醇既是重要的化工原料，可用于制备甲醛、醋酸等产品，又可作为清洁燃料。利用CO2与H2合成甲醇涉及的主要反应如下：
I．CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1
Ⅱ．CO2(g) +H2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH2=+41 kJ·mol-1
回答下列问题：
(1)已知CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) ΔH3=-99 kJ·mol-1，则ΔH1=___________ kJ·mol-1，反应I在___________下易自发进行。
(2)向刚性容器中充入一定量的CO2和H2，在不同催化剂(Cat1，Cat2)下反应相同时间，CO2的转化率和甲醇的选择性[甲醇的选择性=×100%随温度的变化如图所示：

①由图可知，催化效果：Cat1 ___________Cat2(填“＞” “＜”或“=”)。
②在210~270℃间，CH3OH的选择性随温度的升高而下降，请写出一条可能原因：___________。
(3)一定条件下，向刚性容器中充入物质的量之比为1：3的CO2和H2发生上述反应I与II。
①有利于提高甲醇平衡产率的条件是___________(填标号)。
A．高温高压             B．低温高压               C．高温低压 D．低温低压
②可证明反应II达到平衡状态的标志是___________(填标号)。
A．CO的浓度不再变化       B．混合气体的密度不再变化 C．体系的压强不再变化
③若达到平衡时CO2的转化率为20% ，CH3OH的选择性为75%，反应II的压强平衡常数Kp= ___________ (用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数)。
我国“十四五”规划提出要制定2030年前碳达峰行动方案，努力争取2060年前实现碳中和。为此，研发CO2转化利用技术成为重要科技目标。
(1)以CO2为原料加氢可以合成甲醇，将n(H2)/n(CO2)=3的混合气体充入体积为V L的密闭容器中，在催化剂存在的条件下进行以下两个反应：
CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) △H1＜0
CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) △H2＞0
测得温度与转化率、产物选择性的关系如图所示。
CH3OH选择性=

①270°C以后CO2转化率随温度升高而增大的原因可能是___________。
②有利于提高CH3OH选择性的反应条件可以是___________(填标号)。
A．降低温度               B．使用更合适的催化剂
C．增大压强               D．原料气中掺入适量的CO
③控制温度240°C，测得混合气体流速为a L· h-1(已换算为标准状况)，则CO2的反应速率___________mol·L-1·min-1(写出计算式)。
(2)以CO2和NH3为原料合成尿素。在尿素合成塔中的主要反应可表示如下：
i： 2NH3(g)+CO2(g) NH2CO2NH4(s) △H=- 1 59.5kJ·mol-1
ii： NH2CO2NH4(s) CO(NH2)2(s)+H2O(g) △H= +72.5kJ·mol-1
iii： 2NH3(g)+CO2(g) CO(NH2)2(s)+H2O(g) △H
④反应iii的△H= ___________ kJ·mol-1。3个反应的△G(自由能变化)随温度的变化关系如图所示，图中对应于反应iii的线是___________(填字母)。

⑤一定条件下的恒容容器中，充入原料气3molNH3和1molCO2，平衡时CO2的转化率为0.5，则平衡时NH3和CO2的物质的量比为 ___________ ，已知反应ii的Kp=p，测得平衡时容器内总压为ap，则反应iii的平衡常数Kp=___________。

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