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解答题-原理综合题 适中0.65 引用1 组卷70
北京冬奥会上采用二氧化碳跨临界制冰,使人们再次看到了二氧化碳综合化利用的巨大前景。
(1)国际空间站处理CO2的一个重要方法是将CO2还原,所涉及的反应方程式为:CO2 (g) +4H2(g) CH4(g)+2H2O(g) △H
①已知H2的燃烧热△H1= - 285. 8 kJ·mol-1,CH4的燃烧热△H2= - 890.3 kJ·mol-1,H2O(g)=H2O(l) △H3= -44 kJ·mol-1,则上述反应的△H=_______ kJ·mol-1
②相同温度时,上述反应在不同起始浓度下分别达到平衡,各物质的平衡浓度如下表:
c(CO2)/mol·L-1c(H2)/ mol·L-1c(CH4)/ mol·L-1c(H2O)/ mol·L-1
平衡Iabcd
平衡IImnxy

a、b、c、d与m、n、x、y之间的关系式为_______
(2)二氧化碳加氢合成甲醇是人工合成淀粉的重要步骤之一,涉及的主要反应如下:
I.CO2(g) + 3H2(g)CH3OH(g)+ H2O(g) △H= -49.5 kJ·mol-1
II.CO(g) +2H2 (g) CH3OH(g) △H= -90.4 kJ·mol-1
III.CO2(g)+ H2(g) CO(g)+ H2O(g) △H=+40.9 kJ·mol-1
①设 为相对压力平衡常数,是用相对分压(气体分压除以100kPa)代替浓度计算的平衡常数。如下图为反应_______(填“II”或“III”)的lg随示 (n>m)的变化关系。

②在上图中n点对应温度下、原料组成为n(CO2): n(H2)=1:3、初始总压为100 kPa的恒容密闭容器中进行反应,体系达到平衡时CO的分压为10kPa,CH3OH的分压为9kPa,H2的平衡转化率为_______
(3)在催化剂的作用下,二氧化碳还可以和氢气发生反应生成甲烷和低级烯烃CnH2n(n=2~4)。其它条件一定时,反应温度对CO2转化率CH4选择性、CnH2n选择性的影响如图所示,从生产低级烯烃的角度考虑,最合适的反应温度是_______。资料显示原料气中>1时,随着的增大,低级烯烃的选择性会逐渐降低,但氢气的总转化率不发生明显变化,原因可能是_______
22-23高二上·河南鹤壁·阶段练习
知识点:盖斯定律与热化学方程式化学平衡图像分析化学平衡常数的有关计算转化率的相关计算及判断 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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工业上用CO2、CO和H2在催化剂下制取甲烷、甲醇、乙烯等有重要的意义。
(1)已知 ①CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) △H=-890kJ•mol-1
②2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) △H=-572kJ•mol-1
③H2O(g)=H2O(l) △H=-44kJ•mol-1 CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g) △H=a kJ•mol-1
则a=___________
(2)①利用CO和H2在催化剂的作用下合成甲醇,发生的反应如下:CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)。在体积为2 L的密闭容器中按物质的量之比1∶2充入CO和H2,测得平衡混合物中CH3OH的体积分数在不同压强下随温度的变化如图所示。下列说法正确的是___________

A.该反应的ΔH<0,且p1<p2
B.若p1时最初充入1 mol CO,经过5 min达到B点的平衡状态,此段时间v(CH3OH)=1.75 mol·L-1·min-1
C.在C点时,CO转化率为75%
D.A、B、C、D的平衡常数大小关系:A=B>C>D
②CO2和H2在催化剂Cu/ZnO作用下可发生两个平行反应,分别生成CH3OH和CO。
反应Ⅰ:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g);反应Ⅱ:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)
控制CO2和H2初始投料比为1∶3时,温度对CO2平衡转化率及甲醇和CO产率的影响如图一所示。
a.反应Ⅰ自发进行的条件是___________(选填“高温”或“低温”)
b.由图可知温度升高CO的产率上升,其主要原因可能是___________
c.由图可知获取CH3OH最适宜的温度是___________   


(3)以CO2为原料催化加氢合成低碳烯烃的反应方程式:2CO2(g)+6H2(g) C2H4(g)+4H2O(g) ΔH。在常压下,FeCoMnK/BeO 作催化剂,按n(CO2)∶n(H2)=1∶3(总物质的量为4a mol)的投料比充入密闭容器中发生反应,测得温度对CO2的平衡转化率和催化剂催化效率影响情况如图二所示。
①250 ℃下,上述反应达到平衡时容器体积为V L,则此温度下该反应的平衡常数为___________(用含a、V的代数式表示)。
②反应开始时在0.1 MPa条件下,以n(H2)∶n(CO2)=3∶1的投料比充入体积固定的密闭容器中,发生反应:2CO2(g)+6H2(g) C2H4(g)+4H2O(g),不同温度下平衡时的四种气态物质的物质的量分数如图三所示。

若氢气和二氧化碳的物质的量之比为n∶1(n≥3)进行投料,温度控制为120 ℃,相应平衡体系中乙烯的产率为x,在图四中绘制x随n(n≥3)变化的示意图___________ (标出曲线的起点坐标)。
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____
全球大气CO2浓度升高对人类生产、生活产生了影响,碳及其化合物的资源化利用成为研究热点。回答下列问题:
(1)已知25℃时,大气中的CO2溶于水存在以下过程
①CO2(g)CO2(aq)
②CO2(aq)+H2O(1)H+(ag)+HCO(aq)       K
过程①的ΔH_____0(填“>”“<”或“=”)。溶液中CO2的浓度与其在大气中的分压(分压=总压×物质的量分数)成正比,比例系数为ymol·L-1·kPa-1。当大气压强为pkPa,大气中CO2(g)的物质的量分数为x时,溶液中H+的浓度为_____mol·L-1(忽略HCO和水的电离)。
(2)焦炭与水蒸气可在高温下反应制H2
反应I:C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) ΔH1=+131.3kJ·mol-1 K1
反应II:C(s)+2H2O(g)CO2(g)+2H2(g) ΔH2=+90.3kJ·mol-1 K2
反应III:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH3=-41.0kJ·mol-1 K3
上述反应的化学平衡常数随温度变化的关系如图所示,表示K1、K2、K3的曲线分别是c、__________

②研究表明,反应III的速率方程为v=k[x(CO)·x(H2O)-],x表示相应气体的物质的量分数,Kp为平衡常数(用平衡分压代替平衡浓度计算),k为反应的速率常数,随温度升高而增大。在气体物质的量分数和催化剂一定的情况下,反应速率随温度的变化如图所示。根据速率方程分析T>Tm时,v逐渐下降的原因是_____

(3)甲烷干法重整制H2同时存在如下反应:
主反应:CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g) ΔH1
副反应:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH2
温度为T℃,压强为p0的恒压密闭容器中,通入2molCH4和lmolCO2发生上述反应。平衡时H2O(g)的分压为p1,甲烷的转化率为40%。
①下列说法正确的是_____(填标号)
A.ΔH1和ΔH2不变,说明反应达到平衡状态
B.相同条件下,主反应的速率大于副反应,说明主反应的活化能小
C.选用合适的催化剂可以提高主反应的选择性,增大甲烷的平衡转化率
D.平衡后,若增大压强,主反应平衡逆向移动,副反应平衡不移动
②平衡时混合气体的总物质的量为_____mol,H2(g)的分压是_____(用含p0和p1的计算式表示)。
(4)甲醇燃料电池中,吸附在催化剂表面的甲醇分子逐步脱氢得到CO,四步可能脱氢产物及其相对能量如图,则最可行途径为a→_____(用b-j等代号表示)。

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