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解答题-原理综合题 较难0.4 引用1 组卷269
习近平主席在第75届联合国大会提出，我国要在2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和的目标。因此二氧化碳的固定和转化成为科学家研究的重要课题。
I.我国科学家王亮在CO2合成燃料CH4的催化剂选择方面取得了重大突破，其反应原理如下：CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g) △H=-165.0kJ·mol-1，T℃时，将2molCO2(g)和8molH2(g)充入体积为2L的恒容密闭容器中发生如上反应，10min后反应达到平衡，此时容器内的压强变为起始的。
(1)T℃时，该反应的平衡常数K=____，0~10min内CO2的平均反应速率为____。
(2)下列情形能表示该反应达到平衡状态的有____。
A.容器内混合气体的平均摩尔质量不再改变
B.容器内气体的密度不再改变
C.H2O(g)的体积分数保持不变
D.的值保持不变
E.v正(CO2)=4逆v(H2)
II.2021年9月24日，我国科学家在《Science》上发表论文《无细胞化学酶法从二氧化碳合成淀粉》，代表着人类人工合成淀粉领域的重大颠覆性和原创性突破。CO2还原为甲醇是人工合成淀粉的第一步。CO2催化加氢主要反应有：
a.CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)
b.CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)
(3)已知CO2(g)、CH3OH(g)、H2O(g)的摩尔生成焓分别为-393.5kJ·mol-1、-200.6kJ·mol-1、-241.8kJ·mol-1(一定温度和压强下，由最稳定单质生成1mol化合物的焓变为该物质的摩尔生成焓，单质的摩尔生成焓为0)。则反应a的△H=____kJ·mol-1。
(4)当压强分别为p1、p2时，将=1：3的混合气体置于密闭容器中反应，不同温度下体系中CO2的平衡转化率和CH3OH、CO的选择性如图所示。[CH3OH(或)的选择性=]

①曲线____代表CH3OH的选择性，原因是____。
②相同温度下，关于反应a和反应b的平衡常数判断，正确的是____。
A.K(a)＞K(b)       B.K(a)＜K(b)       C.无法判断
③保持反应温度不变，使CO2的平衡转化率达到x点，改变的条件可能是____。
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知识点：化学平衡常数的有关计算化学平衡题中基于图表数据的相关计算 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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习近平主席在第75届联合国大会提出，我国要在2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和的目标。因此二氧化碳的固定和转化成为科学家研究的重要课题。
(1)以CO2和H2为原料合成乙烯，其反应的过程分两步进行：
I．CO2(g)+H2(g)→CO(g)+H2O(g) ΔH=+41.3kJ·mol-1
II．2CO(g)+4H2(g)→C2H4(g)+2H2O(g) ΔH=+210.5kJ·mol-1
CO2加氢合成乙烯的热化学方程式为___________。
(2)2021年9月24日，我国科学家在《Science》上发表论文《无细胞化学酶法从二氧化碳合成淀粉》，代表着人类人工合成淀粉领域的重大颠覆性和原创性突破。该实验方法首先将CO2催化还原为CH3OH。探究CH3OH合成反应的化学平衡影响因素，有利于提高CH3OH的产率。CO2和H2在某种催化剂作用下可同时发生以下两个反应：
I．CO2(g)+3H2(g)→CH3OH(g)+H2O(g) ΔH=-48.5kJ·mol-1
II．2CO2(g)+5H2(g)→C2H2(g)+4H2O(g) ΔH=+37.1kJ·mol-1
在压强为P，CO2、H2的起始投料为1：3的条件下，发生反应I、II。实验测得CO2的平衡转化率和平衡时CH3OH的选择性随温度的变化如图所示。

已知：CH3OH的选择性=
①有利于提高CH3OH的选择性的措施有___________(填序号)。
A．适当降温
B．适当升温
C．选择合适的催化剂
②温度高于350℃时，体系中发生的反应以___________ (填“I”或“II”)为主，并说明理由___________。
③其中表示平衡时CH3OH的选择性的曲线是___________ (填“a”或“b”)。
④400℃时，在该压强及投料比的条件下，利用图示所给数据计算H2的转化率为___________ (保留三位有效数字)。
(3)二氧化碳甲烷化技术是一种最有效的对二氧化碳循环再利用的技术。用如图装置电解二氧化碳制取甲烷，温度控制在10℃左右，持续通入二氧化碳，电解过程中KHCO3物质的量基本不变。

①阴极反应为___________。
②阳极产生的气体是___________(写化学式)。
CO2和H2合成甲烷有利于“碳达峰、碳中和”的目标实现。回答下列问题：
(1)部分化学键的键能如下表所示：
化学键C-HH-HH-OC=O
键能/kJmol1413436463745
则_____kJ·mol-1.
(2)T℃时，将1molCO2(g)和4molH2(g)充入体积为2L的恒容密闭容器中，发生反应_____。起始压强为p0kPa，10min末反应达到平衡状态，此时容器内的压强为起始压强的0.8倍。则010min内，CO2的平均反应速率为_____molL1min1；T℃时，该反应的压强平衡常数Kp=_____kPa2(用分压代替浓度计算，分压=总压×物质的量分数。用含p0的代数式表示)。
(3)2021年9月24日，我国科学家发表文章介绍了在人工合成淀粉领域的重大颠覆性和原创性突破。CO2还原为甲醇是人工合成淀粉的第一步。CO2催化加氢主要反应有：
I、
II、
当压强分别为p1、p2时，将的混合气体置于密闭容器中反应，不同温度下体系中CO2的平衡转化率和CH3OH、CO的选择性如图所示。[CH3OH(或CO)的选择性
   
则表示CO选择性和CO2平衡转化率的曲线分别为_____(选填①、②、③、④、⑤，下同)和_____；若在恒温恒压条件下只进行反应Ⅰ，能表示反应Ⅰ达到化学平衡状态的是_____。
A．混合气体的密度保持不变
B．混合气体的平均相对分子质量保持不变
C．消耗CO2的速率等于生成的CH3OH速率
D．H2O(g)浓度保持不变
我国要在2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和的目标。CO2还原为甲醇是人工合成淀粉的第一步。CO2催化加氢主要反应有：
反应I：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H1
反应II：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) △H2=+41.2kJ•mol-1
(1)已知CO2(g)、CH3OH(g)、H2O(g)的摩尔生成焓分别为-393.5kJ•mol-1、-200.6kJ•mol-1、-241.8(一定温度和压强下，由最稳定单质生成1mol化合物的焓变为该物质的摩尔生成焓，单质的摩尔生成焓为0)。则反应I的△H1=______kJ•mol-1。
(2)当压强分别p1、p2时，将=1：3的混合气体置于密闭容器中反应，不同温度下平衡体系中CO2的转化率、CH3OH和CO的选择性如图1所示。在p1压强下，曲线______代表CH3OH的选择性，原因是______。
   
(3)向VL密闭容器中通入3molH2、1molCO2，在催化剂作用下发生反应。相同时间内，温度对CO2转化率及CH3OH和CO产率的影响如图2所示。在某温度下，体系在tmin时达到平衡状态。此时CO2的转化率为30%，CO2对CH3OH的选择性为40%。
已知：CH3OH(或CO)的选择性=
   
下列说法正确的是______。
A．CO2的转化率随温度升高而增大的原因可能是温度升高，CO2的反应速率加快，反应II为吸热反应，温度升高有利于反应正向进行且以反应II为主，CO2转化率增大
B．反应II的平衡常数为0.031
C．则0～tmin内H2的反应速率为mol•L-1•min-1
D．曲线b表示CH3OH的产率
(4)Cu/ZnO纳米片可以提高对CH3OH的选择性，图3为合成CH3OH在无催化剂时，CH3OH的物质的量与时间的关系，请在图3中画出CH3OH在Cu/ZnO纳米片存在下，CH3OH物质的量的变化曲线______。
   

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