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解答题-原理综合题 适中0.65 引用2 组卷138
水煤合成气的生产和应用在化学工业中有极为重要的地位。回答下列问题:
(1)利用合成气(主要成分CO、CO2和H2)在催化剂作用下合成甲醇,可能发生的反应有:
①CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1=-63 kJ•mol-1
②CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g) ΔH2
③CH3OH(g)=CO(g)+2H2(g) ΔH3
已知部分化学键键能数据如下表:
化学键H-HC=OC≡OO-H
键能(kJ•mol-1)4368031076465
则ΔH3=_______kJ•mol-1
(2)CO2和CH4在一定条件下反应也可制得合成水煤气。在1.0 L密闭容器中充入1.0 mol CH4和1.0 mol CO2,在一定条件下发生反应CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2,测得CH4的平衡转化率与温度及压强的关系如下图所示。

①比较压强大小:p1_______p3(选填“>”、“<”或“=”)。
②若要提高CH4的平衡转化率,可采取的措施有______________。(任写两条)
③若p4=2.0 MPa,则x点的平衡常数Kp=_______(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)。
(3)化学家利用电化学原理回收CO2达到节能减排的目的,有一种实验设计的装置如下图所示。

已知在碱性条件下,卤素单质可以将乙醇氧化为乙醛。实验一段时间后,测得a电极周围有甲酸根离子HCOO-生成。回答:
①电极b为_______极;
②电解时a电极附近溶液的pH_______(选填“降低”、“升高”、“不变”);
③e为_______交换膜;
④d电极周围除了发生电极反应外,还有_______(用离子方程式表示)。
22-23高二上·福建漳州·期中
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利用甲烷和水蒸气生成合成气(主要成分为CO和H2)在化学工业中有极为重要的地位。其热化学方程式为CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) ΔH1=+206.4 kJ·mol-1
(1)工业生产中为解决合成气中H2过量而CO不足的问题,原料气中需添加CO2。利用合成气在催化剂作用下合成甲醇,可能发生的反应如下:
①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH=-90.67 kJ·mol-1
②CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH=+41.2 kJ·mol-1
为了使合成气生成甲醇的配比最佳,理论上原料气中甲烷与二氧化碳的体积比为____
(2)CH4与CO2经过催化重整也可制得合成气,该反应的热化学方程式为____。在1.0 L密闭容器中充入1.0 mol CH4和1.0 mol CO2,在一定条件下发生上述反应,测得CH4的平衡转化率与温度及压强的关系如图所示。

①比较压强大小:P1____(填“>”、“<”或“=”)P3
②若要提高CH4的平衡转化率,可采取的措施有_______。(任写两条)
③若P4=2.0 MPa,则x点的平衡常数KP=____(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)。
(3)研究表明二氧化碳加氢可合成甲醇,其热化学方程式为CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH=-49.47 kJ·mol-1二氧化碳合成甲醇的原料气中加入一氧化碳可以降低CO2与H2反应的活化能。在200~360℃、9 MPa时,合成气初始组成H2、CO、CO2的物质的量之比为7:2:1的条件下研究甲醇的合成反应。CO2的平衡转化率随温度的变化如图所示,其先减小的原因是____,后增大的原因是____
CO2和CH4是两种主要的温室气体。以CH4和CO2为原料制造更高价值的化学产品是用来缓解温室效应的研究方向,回答下列问题。
(1)研究表明CO2和H2在催化剂存在下可发生反应生成CH3OH。
已知:①CH3OH(g) + 3/2 O2(g) = CO2(g) + 2H2O(l) ∆H1= a kJ/mol②H2(g) + 1/2 O2(g) = H2O(l) ∆H2= b kJ/mol ③H2O(g) = H2O(l) ∆H3= c kJ/mol,则CO2和H2反应生成CH3OH和水蒸气的热化学方程式为_____
(2)用Cu2Al2O4作催化剂制备乙酸。已知:CO2(g)+CH4(g)CH3COOH(g) ∆H2=akJ/mol。
①各物质相对能量大小如图所示,则a=___

   


②该反应的速率方程可表示为:v(正)=kc(CO2)c(CH4)和v(逆)=kc(CH3COOH),k和k在一定温度时为常数,分别称作正,逆反应速率常数,请写出用k,k表示的平衡常数的表达式K=___
(3)将CO2和CH4在一定条件下反应可制得工业合成气,在1 L 密闭容器中通入CH4与CO2,使其物质的量浓度为1.0 mol/L,在一定条件下发生反应:CH4(g) + CO2(g) ⇌ 2CO(g) + 2H2(g),测得CH4的平衡转化率与温度及压强的关系如下图所示:

   


则:
①压强P1,P2,P3,P4由大到小的关系为___
②对于气相反应,用某组分(B)的平衡压强p(B)代替物质的量浓度c(B)也可表示平衡常数(记作Kp),如果P4=2 MPa,求x点的平衡常数Kp=_____(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)。
③下列措施中能使平衡体系中c(CO)/c(CO2)减小的是__
A.升高温度                                               B.增大压强
C.保持温度、压强不变,充入He                 D.恒温、恒容,再充入1 mol CO2和1 mol CH4
(4)科学家还研究了其他转化温室气体的方法,利用下图所示装置可以将CO2转化为气体燃料CO(电解质溶液为稀硫酸),该装置工作时,N___极的电极反应式为______,若导线中通过电子为a mol,则M极电解质溶液中H+改变量为___mol,N极电解质溶液∆m=__g。

   

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