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解答题-原理综合题 适中0.65 引用2 组卷334
将二氧化碳加氢转化为高附加值的化学品或液体燃料是二氧化碳资源化利用的有效方法,其中转换为甲醇被认为是最可能的利用路径,主要涉及反应如下:
反应I:       
反应II:       
请回答下列问题:
(1)已知的燃烧热和CO的燃烧热,水的汽化热(1mol从液体汽化为气体所需要吸收的热量)为40.8kJ/mol,则反应II的_______
(2)在某NiO支撑的表面的反应历程如下图所示。(TS表示过渡态)

决定总反应速率的步骤的反应方程式为_______,该步骤的活化能_______eV。
(3)恒定压强P下,体积比1:3的发生反应I、反应II,反应相同时间,测得不同温度下的转化率和的选择性如下图中实验值所示。图中平衡值表示相同条件下平衡状态的转化率和的选择性随温度的变化[的选择性]

①当温度高于260℃时,二氧化碳的平衡转化率随温度升高而增大的原因是_______
②260℃时,甲醇产率的实验值是_______。220℃-260℃甲醇的选择性随温度升高降低的原因是_______
③220℃时,反应II的化学平衡常数_______
22-23高三上·广东·阶段练习
知识点:化学反应原理综合考查化学平衡图像分析化学平衡常数的有关计算 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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二氧化碳资源化利用是目前研究的热点之一。回答下列问题:
(1)1945年Ipatieff等首次提出可在铜铝催化剂上用CO2(g)加氢合成醇。已知发生的主要反应的热化学方程式如下:
CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) H1=+41.17kJ·mol-1
CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) H2=-49.47kJ·mol-1
CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) H3
H3=____kJ·mol-1
②CO2和H2以物质的量之比为1:3通入某密闭容器中,若发生反应CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g),忽略副反应,CO2的平衡转化率与温度、气体的总压强的关系如图所示,p1____ p2(填“大于”、“小于”或“等于”);图中a点CO2的平衡分压p(CO2)=____MPa。

(2)CO2催化加氢合成二甲醚是一种CO2转化方法,其过程中主要发生下列反应:
反应I:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) H1=+41.2kJ·mol-1
反应II:2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g) H2=-122.5kJ·mol-1
恒压条件下,CO2和H2的起始量一定时,CO2平衡转化率和平衡时CH3OCH3的选择性随温度的变化如图。其中:CH3OCH3的选择性=×100%

①温度高于300℃,CO2平衡转化率随温度升高而上升的原因是____
②220℃时,在催化剂作用下CO2与H2反应一段时间后,测得CH3OCH3的选择性为48%(图中A点)。不改变反应时间和温度,一定能提高CH3OCH3选择性的措施有_____
(3)氢气可将CO2还原为甲烷,反应为CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)。ShyamKattel等结合实验与计算机模拟结果,研究了在Pt/SiO2催化剂表面上CO2与H2的反应历程,前三步历程如图所示,其中吸附在Pt/SiO2催化剂表面上的物种用•标注,Ts表示过渡态。

物质吸附在催化剂表面,形成过渡态的过程会____热量(填“吸收”或“释放”);反应历程中最大能垒(活化能)的步骤的化学方程式为____
CO2的转化和利用是实现碳中和的有效途径,其中CO2转化为CH3OH被认为是最可能利用的路径,该路径涉及反应如下:
反应I:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)       △H1=-49.01kJ•mol-1
反应II:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)       △H2>0
请回答下列问题:
(1)若利用反应I计算反应II的反应热△H2,还需要知道一个化学反应的△H,写出该反应的化学方程式_______
(2)在催化剂条件下,反应I的反应机理和相对能量变化如图1(吸附在催化剂表面上的粒子用*标注,TS为过渡态)。

写出该反应机理中决速步的热化学方程式:_______
(3)在恒温恒压(260℃,1.8MPa)下,CO2和H2按体积比1:3分别在普通反应器(A)和分子筛膜催化反应器(B)中反应,测得相关数据如表。
反应器CO2平衡转化率甲醇的选择性达到平衡时间/s
普通反应器(A)25.0%80.0%10.0
分子筛膜催化反应器(B)>25.0%100.0%8.0
已知:
i.分子筛膜催化反应器(B)具有催化反应、分离出部分水蒸气的双重功能;
ii.CH3OH的选择性=×100%
①在普通反应器(A)中,下列能作为反应I和反应II均达到平衡状态的判断判据是_______(填字母)。
A.气体压强不再变化
B.气体的密度不再改变
C.v(CO2)=3v(H2)
D.各物质浓度比不再改变
②平衡状态下,反应器(A)中,甲醇的选择性随温度升高而降低,可能的原因是_______;在反应器(B)中,CO2的平衡转化率明显高于反应器(A),可能的原因是______
③若反应器(A)中初始时n(CO2)=1mol,反应I从开始到平衡态的平均反应速率v(CH3OH)=_______mol•s-1;反应II的化学平衡常数Kp(II)=_______(列出化简后的计算式即可)。
(4)近年来,有研究人员用CO2通过电催化生成CH3OH,实现CO2的回收利用,其工作原理如图2所示,请写出Cu电极上的电极反应:_______

二氧化碳和氢气合成甲醇发生反应的热化学方程式为:
主反应:①   
副反应:②   
回答下列问题:
(1)二氧化碳加氢制备甲醇若选用水作为氢源,反应的热化学方程式为:
   
已知反应:④   
___________。从反应自发性角度考虑,工业上应选择___________(填“反应①”或“反应③”)合成甲醇。
(2)在一定条件下,二氧化碳和氢气合成甲醇,温度对反应结果的影响如图所示。已知,在图中所示温度范围内,温度升高更有利于CO的生成。图1中曲线分别为的转化率和甲醇的选择性(甲醇的选择性,下同),则代表的转化率的曲线是___________(填“I”或“II”)。图2中曲线为甲醇的产率变化,当温度高于240℃时,甲醇的产率随温度升高而降低,可能原因是___________

(3)一定条件下,二氧化碳和氢气合成甲醇反应体系达到平衡时,的转化率为25%,CO为amol,为bmol,甲醇的选择性为c,的物质的量为___________mol(用含a,b、c的代数式表示,下同),反应②的平衡常数为___________
(4)计算机模拟在某种催化剂作用下二氧化碳和氢气合成甲醇的两种反应路径如图所示,RWGS路径由开始,路径由开始,两种路径部分相同。图中吸附在催化剂表面上的物种用*标注,TS代表过渡态。

由图可知该条件下合成甲醇时,主要路径为___________(填“RWGS路径”或“HCOO*路径”),该路径中决定反应速率快慢的步骤为___________

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