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解答题-原理综合题 适中0.65 引用1 组卷315
利用生产高能燃料和高附加值化学品,有利于实现碳资源的有效循环。由制甲醇、乙醇具有重要的经济效益。回答下列问题:
(1)单个分子加氢制甲醇在不同催化条件下存在两种反应路径,反应历程中的相对能量变化如图所示。

催化加氢制甲醇(涉及物质均为气态)的热化学方程式为_______ (的单位用表示,用表示阿伏加德罗常数的值)。
②下列说法正确的是_______ (填标号)。
A. 分压越大,该反应的速率越大
B.甲酸盐路径更有利于加氢制甲醇
C.中间体更稳定
D.使用高活性催化剂可降低反应焓变,加快反应速率
(2)在催化加氢制甲醇过程中同时发生竞争反应   。在密闭容器中,维持压强和投料比不变,平衡时CO和在含碳产物中物质的量分数及的转化率随温度的变化如图所示。

①图中代表的物质的量分数随温度变化的曲线为_______ (填“I”或“II”)。
②150~250℃范围内转化率随温度升高而降低的原因是_______
③在压强为p的恒温恒压密闭容器中加入反应,达到平衡状态时的转化率为20%,生成CO的物质的量为0.1 mol,则甲醇(g)的选择性为_______%在该温度下的压强平衡常数 _______ (列出计算式,分压=总压×物质的量分数)。
(3)合成乙醇的反应为。将等物质的量的充入恒压容器中,测得平衡时的体积分数随温度的变化曲线如图所示。

①m、n两点对应的平衡常数_______(填“>”“<”或“=”);若保持温度不变,将m点对应起始反应物置于恒容密闭容器中反应,则平衡时乙醇的体积分数将_______ (填“增大”“减小”或“不变”)。
②已知Arrhenius经验公式为(为活化能,k为速率常数,R和C为常数)。分别使用催化剂a、b、c进行合成乙醇的反应,依据实验数据获得如图所示曲线。在催化剂a作用下,该反应的活化能 _______ ;比催化剂a更高效的催化剂为_______(填“b”或“c”)。
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知识点:化学平衡的移动及其影响因素化学平衡状态的判断方法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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利用生产高能燃料和高附加值化学品,有利于实现碳资源的有效循环。由制甲醇、乙醇具有重要的经济效益。回答下列问题:
(1)单个分子加氢制甲醇在不同催化条件下存在两种反应路径,反应历程中的相对能量变化如图所示。
   
催化加氢制甲醇(涉及物质均为气态)的热化学方程式为___________(的单位用表示,用表示阿伏加德罗常数的值)。
(2)在催化加氢制甲醇过程中同时发生竞争反应。在密闭容器中,维持压强和投料比不变,平衡时CO和在含碳产物中物质的量分数及的转化率随温度的变化如图所示。
   
①图中代表的物质的量分数随温度变化的曲线为___________(填“I”或“II”)。
②150~250℃范围内转化率随温度升高而降低的原因是___________
③在压强为p的恒温恒压密闭容器中加入lmol和3mol反应,达到平衡状态时的转化率为20%,生成CO的物质的量为0.1mol,则甲醇(g)的选择性为___________%在该温度下的压强平衡常数___________(列出计算式,分压=总压×物质的量分数)。
(3)光催化甲烷重整技术也是研究热点。以为光催化剂,光照时,价带失去电子并产生空穴(h+,具有强氧化性),在导带获得电子生成CO和,价带上直接转化为CO和,反应机理如图所示:
   
高能导带作___________极,在Rh表面,每生成1molCO,则价带产生的空穴(h+)数为___________;价带上的电极反应式可表示为___________
CO2减排策略主要有三种:减少排放,捕集封存,转化利用。其中CO2转化利用,生产高能燃料和高附加值化学品,有利于实现碳资源的有效循环。由CO2转化制甲醇具有重要的经济效益。
(1)高效催化剂对CO2加氢制甲醇的反应速率影响很大。通过计算机分析,CO2加氢制甲醇在不同催化条件下存在两种反应路径的势能图如下图所示。

①CO2加氢制甲醇的热化学方程式为CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH=_______eV/mol(阿伏加德罗常数用NA表示);
_______(填“甲酸盐”或“羧酸”)路径更有利于CO2加氢制甲醇反应,对该路径的反应速率影响最大的一步反应是_______
③根据势能图,下列说法合理的是_______(填标号)。
A.CO2分压越大,催化剂表面积越大,CO2在催化剂表面的吸附速率越大
B.不考虑H3COH*,两种路径中产生的含碳中间体种类均有5种
C.中间体HCOO*比COOH*更稳定
D.使用高活性催化剂可降低反应焓变,加快反应速率
(2)CO2催化加氢制甲醇反应历程中某一步基元反应的Arthenius经验公式的实验数据如图所示,已知Arrhenius经验公式为(其中Ea为活化能,k为速率常数,R和C为常数)。

①该反应的活化能Ea=________kJ/mol;
②当使用更高效的催化剂时,在图中画出Rlnk与关系的示意图_______
(3)在CO2催化加氢制甲醇过程中也存在竞争反应CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH>0,在恒温密闭容器中,维持压强和投料比不变,将CO2和H2按一定流速通过反应器,CO2转化率和甲醇选择性[x(CH3OH)%=]随温度变化关系如下图所示:

        CO2转化率和甲醇选择性随温度的变化曲线
①若233-251℃时催化剂的活性受温度影响不大,分析235℃后图中曲线下降的原因_______
②在压强为P的恒温恒压密闭容器中,加入1molCO2和3molH2反应并达到平衡状态,CO2平衡转化率为20%,甲醇的选择性为50%,计算CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)在该温度下的平衡常数Kp=_______。(列出计算式)
为应对全球气候变暖, 《巴黎气候协定》提出“碳中和”目标。CO2转化利用是碳治理的重要方法,有利于实现碳资源的有效循环。其中由CO2转化制甲醇具有重要的经济效益。
(1)高效催化剂对CO2加氢制甲醇的反应速率影响很大。单个CO2分子加氢制甲醇在铜基催化剂催化条件的反应历程如下图所示。
   
①CO2加氢制甲醇的热化学方程式为CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ΔH=_______ eV/mol (阿伏加德罗常数用NA表示);
②写出该历程中决速步骤的化学方程式:_______
③结合上图,下列说法合理的是_______(填标号)。
A.使用高活性催化剂可降低反应的焓变,加快反应速率
B. H2=2H* 为吸热过程
C.高温不利于提高甲醇的平衡产率
D.在恒温恒容的密闭容器中,充入一定量的CO2和H2,压强不变时,该反应已达平衡状态
(2)不同催化剂有不同催化活性,也有不同最佳反应温度。一定投料比和压强下,测定甲醇时空收率(单位物质的量催化剂表面甲醇的平均生成速率)随温度的变化曲线,如图所示:。
   
①在适宜温度下,甲醇的时空收率随着温度升高而增大,请解释原因:_______
②该反应最佳条件:_______
(3)在CO2催化加氢制甲醇过程中也存在竞争反应:CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH >0,在压强为P的恒温恒压密闭容器中,加入1molCO2和3molH2反应并达到平衡状态,CO2平衡转化率为30%,甲醇的选择性为50%,计算CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)在该温度下的平衡常数Kp=_______。(列出计算式)[甲醇的选择性x(CH3OH)%= ]
(4)CO2催化加氢制甲醇反应历程中某一步基元反应的Arrhenius经验公式的实验数据如图所示,已知Arrhenius经验公式为Rlnk =+C(其中Ea为活化能,k为速率常数,R和C为常数)。
①该反应的活化能Ea=_______kJ/mol;
②当使用更高效的催化剂时,在图中画出Rlnk与关系的示意图_______
   

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