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解答题-原理综合题 适中0.65 引用2 组卷773
随着我国碳达峰、碳中和目标的确定,含碳化合物的综合利用备受关注。回答下列问题:
(1)已知某反应体系中主要涉及如下反应:
Ⅰ.
Ⅱ.
①反应Ⅰ和反应Ⅱ中,在热力学上趋势更大的是___________(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)。
②反应Ⅰ的一种溶剂化催化反应历程如图所示(其中TS表示过渡态)。

历程中生成___________(填“TS1”或“TS2”)的反应步骤为总反应的决速步,反应过程的催化剂为___________
③反应Ⅱ的催化剂活性会因为甲烷分解产生积碳而降低,同时二氧化碳可与碳发生消碳反应而降低积碳量,设计如下反应:
Ⅲ.
Ⅳ.
反应Ⅳ的___________。其他条件相同时,催化剂表面积碳量与温度的关系如图所示,之后,温度升高积碳量减小的主要原因为___________

(2)甲烷部分催化氧化剂制备乙炔是目前研究的热点之一、反应原理为:

①该反应在___________(填“较高”或“较低”)温度下能自发进行。
②一定温度下,将1 mol 充入10 L的固定容积容器中发生上述反应,实验测得反应前容器内压强为,容器内各气体分压与时间的关系如图所示。

6~8 min时,的浓度为___________,反应的平衡常数___________;若8 min时改变的条件是缩小容器容积到5 L,其中分压与时间关系可用图中曲线___________(填“”“”“”或“”)表示。
2022·广东湛江·一模
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为改变能源结构和缓解环境压力,对甲烷等传统化石燃料的深度处理和综合利用成为当今研究的热点之一。甲烷催化制乙炔的反应体系中主要涉及如下反应:
I.2CH4(g)C2H2(g)+3H2(g) ΔH1=+376.6kJ·mol-1
II.CH4(g)C(s)+2H2(g) ΔH2=+75kJ·mol-1
III.CO2(g)+C(s)2CO(g) ΔH3=+172kJ·mol-1
IV.CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH4=+41kJ·mol-1
回答下列问题:
(1)CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)ΔH=____
(2)一定温度下,Kc(III)=0.1mol·L-1、Kc(IV)=0.2(Kc是用平衡浓度表示的平衡常数),向恒容密闭容器中充入一定量CH4和CO2,5min末达到平衡时测得反应体系中c(CO):c(H2O)=5:1。则5min末,容器内H2的平衡浓度c(H2)=____mol·L-1
(3)反应中催化剂活性会因反应II而降低,同时反应III又会消除催化剂表面的积碳。催化剂表面生成碳的速率方程为v=(其中k表示速率常数),则一定温度下,减少催化剂表面积碳量的措施为____
(4)一定温度下,将2molCH4充入5L恒容密闭容器中发生反应I,实验测得反应前容器内压强为0.1MPa,容器内各气体分压与时间的关系如图1所示。该温度下,反应I的平衡常数Kc=____mol2·L-2;16min时改变容器容积,图1中能表示C2H2的分压与时间变化关系的曲线为____(填“L1”“L2”“L3”或“L4”),原因为____

(5)有学者结合实验和计算机模拟结果,报道了如图2所示的反应IV的一种反应历程,其中吸附在催化剂表面的物种用“●”标注。反应速率最大的步骤对应的化学方程式为____;TS3对应的步骤适合在____(填“高温”或“低温”)条件下进行。
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)二氧化碳与氢气催化重整可制备甲醇,涉及反应:
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
①CH3OH(g)+2CO2(g)3CO(g)+2H2O(g)的ΔH=___________
②相同温度下,向甲、乙两个恒容密闭容器中充入原料气,实验测得相关信息如下表所示。
容器容积/L起始加料/mol5 min末(未平衡)CO2转化率CH3OH的平衡产率
101 mol CO2、3 mol H2α1ω1
101 mol CO2、3 mol H2、0.2 mol COα2ω2
容器甲中,0~5 min内的平均反应速率v(H2O)=___________(用代数式表示);α1___________α2(填“>”“<”或“=”,下同);ω1___________ω2,判断该条件下甲、乙容器中CH3OH的平衡产率大小的理由为___________
③已知:表示相对压力平衡常数,其表达式是在浓度平衡常数表达式中,用相对分压代替浓度。气体的相对分压等于其分压除以p0(p0=100 kPa)。向恒容密闭容器中以物质的量之比为1∶3充入CO2和H2,测得反应前气体总压为400 kPa,反应Ⅰ、Ⅱ的相对压力平衡常数的对数与温度的倒数的关系如图所示。其中表示反应Ⅰ的相对压力平衡常数的对数与温度的倒数关系的曲线为___________(填“L1”或“L2”);若M点对应温度下,甲醇气的平衡分压为80 kPa,则H2的平衡转化率为___________
   
(2)甲醇可催化解离为合成气:CH3OH(g)CO(g)+2H2(g) ΔH。科研人员结合实验和计算机模拟结果,研究了甲醇在钯(Pd)催化剂表面的解离反应,部分反应历程如图所示。其中吸附在催化剂表面的物种用“·”标注,TS表示过渡态。下列说法正确的是___________(填选项字母)。
   
A.CH3OH·CO·+4H·(g)的ΔH<0
B.上述历程中的最大能垒(活化能)E=194 kJ·mol-1
C.上述历程中碳原子价态未发生改变
D.上述历程中的第一步反应适合在较高温度下进行

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