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解答题-原理综合题 适中0.65 引用1 组卷125
CO2与生活和生产息息相关,其资源化是我国实现“碳达峰”、“碳中和”的有效途径之一、回答下列问题:
(1) CO2甲醇化:CO2、CO与H2反应制备甲醇,涉及的反应有:
Ⅰ.
Ⅱ.
Ⅲ.
_______
②现利用反应Ⅰ和反应Ⅱ合成CH3OH,已知CO可使反应的催化剂寿命降低。若氢碳比表示为,则理论上_______时,原料气的利用率最高,生产中往往采用略高于该值的氢碳比,其目的是_______
(2)CO2碳酸酯化:CO2与环氧丙烷反应合成碳酸丙烯酯,其反应历程如图甲所示(*表示某催化剂的活化中心或活性基团)。
   
                                                    图甲
①H分子中键与键的个数之比为_______
②决定总反应速率大小的步骤是_______(填字母),该步骤的能垒(活化能)为_______
a.A→B        b.C→D        c.E→F        d.F→G
(3)CO2乙烯化:反应原理为2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g),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,不同温度下平衡时的四种气态物质的物质的量分数如图乙所示,温度为、反应达到平衡状态时,容器内的压强为
   
①120℃该反应的平衡常数Kp=_______(列出算式,以平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)。
②若以H2和CO2的物质的量之比为n:1()进行投料,温度控制为120℃,相应平衡体系中CO2的转化率为x,x随变化的关系如图丙所示,a=_______%(保留3位有效数字)。
22-23高三下·河北邢台·阶段练习
知识点:盖斯定律及其有关计算活化能及其对反应速率的影响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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我国承诺 2030年前做到“碳达峰和碳中和”,这里的碳主要指CO2, CO2与我们生活和生产息息相关。请回答:
(1)工业上常用CO和CO2与氢气反应制备甲醇,涉及的反应有:
主反应:
I . CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) H1= -90.7 kJ·mol-1
II. CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) H2= -49.0 kJ·mol-1
副反应:
III. CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) H3
IV. 2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) H4= -23.5 kJ·mol-1
请回答:
H3=________ kJ·mol-1
②现利用I和II两个反应合成CH3OH,已知CO可使反应的催化剂寿命降低。若氢碳比表示为x=,则理论上x=_______时,原料气的利用率最高。但生产中往往采用略高于该值的氢碳比,理由是___________
(2)CO2甲烷化技术是碳中和理念的落脚点之一,反应为CO2(g)+ 4H2(g)CH4(g)+2H2O(g) H= -165kJ·mol-1,其核心是催化剂的选择。其他条件均相同,在两种不同催化剂条件下反应相同时间,测得CO2转化率和生成CH4选择性随温度变化的影响如下图所示。

下列说法正确的是       
A.高于320°C后,以Ni- CeO2为催化剂,CO2转化率略有下降的原因一定是CO2甲烷化反应已达平衡,升高温度平衡右移
B.高于320°C后,以Ni为催化剂,CO2转化率上升的原因一定是CO2甲烷化反应速率较慢,升高温度反应速率加快,反应相同时间时CO2转化率增加
C.工业上应选择的催化剂是Ni- CeO2
D.工业上应使用的合适温度为360°C
(3)CO2可以与环氧丙烷反应合成碳酸丙烯酯:
H= - 110.5kJ·mol-1
通过模型假设和理论计算,推测其反应历程如下图所示(*表示某催化剂的活化中心或活性基团):

①决定总反应速率大小的步骤是______ (用图中字母表示), 该步骤的能垒(活化能)为_________
②下列说法正确的是__________
A.A →B能量降低,所以该过程必定自发
B.总反应为加成反应,D、F为过渡态,C、E为中间产物
C. D分子中氧原子带负电荷,强烈吸引CO2分子中的碳原子生成E,使体系能量降低
D.反应热的理论值(-25.42)与某次实测值(-110.5)相差太大,说明理论值几乎没有参考价值
(4)用CO2催化加氢可以合成低碳烯烃。反应开始时在0.1MPa 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百分数如下图甲所示:

在120°C达到平衡时,CO2的转化率为________;若H2和CO2的物质的量之比为 n:1 (n≥3)进行投料,温度控制为120°C,相应平衡体系中CO2的转化率为x,在图乙中绘制x随n (n≥3 )变化的示意图________ (标出曲线的起点坐标)。
甲醇是一种常见的燃料和有机溶剂。下列为合成甲醇的有关热化学方程式:
Ⅰ.CH4(g)+H2O(g)⇌CO(g)+3H2(g)△H1=+206kJ•mol-1
Ⅱ.2H2(g)+CO(g)⇌CH3OH(g)△H2=-90kJ•mol-1
Ⅲ.H2(g)+CO2(g)⇌H2O(g)+CO(g)△H3=-125.5kJ•mol-1
Ⅳ.3H2(g)+CO2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g)△H4
回答下列问题:
(1)上述反应中△H4=______ kJ•mol-l
(2)现将1.0mol CH4和2.0mol H2O(g)通入恒容反应室(容积为100L)中,在一定条件下发生反应I,平衡时CH4的转化率与温度、压强的关系如图甲所示。

①下列说法能表明该反应已达平衡状态的是______(填字母序号);
a.生成CO和H2的物质的量之比为1:3
b.容器内混合气体的密度保持不变
c.混合气体的压强保持不变
d.甲烷的生成速率与H2的生成速率之比为1:3
②已知100℃时达到平衡所需的时间为5min,则用H2表示的平均反应速率为______mol•L-l•min-1
③图中的p1______p2(选填“<”“>”或“=”),100℃时的平衡常数为______mol2•L-2
(3)在压强为0.1MPa条件下,1mol CO与3mol H2的混合气体在催化剂作用下能自发发生反应Ⅱ生成甲醇。
①若容器容积不变,下列措施可增加甲醇产率的是______(填字母序号);
a.升高温度
b.将CH3OH(g)从体系中分离
c.充人氦气,使体系总压强增大
d.再充人1mol CO和3mol H2
②根据反应Ⅱ的特点,图乙是在压强分别为0.2MPa和5MPa下CO的转化率随温度变化的曲线,请指明图乙中的压强px=______MPa。

(4)在总压p=5MPa的恒压密闭容器中进行反应Ⅳ,按照不同氢碳比投料测得CO2的平衡转化率与温度关系如图丙所示(已知Kp是用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数),则:

①X点时,H2的转化率为______
②600℃、m=3时,Kp=______MPa-2(保留两位小数)。
(5)复旦大学先进材料实验室科研团队研究出以过渡金属为催化剂的电催化还原二氧化碳制甲醇的途径,大大提高了甲醇的产率,原理如图丁所示。

①石墨2电极上发生______(选填“氧化”或“还原”)反应;
②石墨1发生的电极反应式为______
探究CH3OH合成反应化学平衡的影响因素,有利于提高CH3OH的产率。以CO2、H2为原料合成CH3OH涉及的主要反应如下:
Ⅰ.CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)       ΔH1=-49.5 kJ·mol-1
Ⅱ.CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)       ΔH2=-90.4 kJ·mol-1
Ⅲ.CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH3
回答下列问题:
(1)ΔH3=___________
(2)在密闭容器中充有2 mol CO和4mol H2,在催化剂作用下发生反应II,改变条件,测得CO的平衡转化率与温度(T)、压强(p)的关系如图所示。若达到平衡状态A时,容器的体积为2L,则在平衡状态B时容器的体积___________(填“大于”、“=”或“小于”)2L。若反应进行1min达到平衡状态C,用CO的分压变化表示的平均反应速率vp(CO)=___________kPa•min-1,此时的化学平衡常数Kp=___________ [Kp是用分压表示的平衡常数,某气体的分压=气体总压强×该气体的体积分数(或物质的量分数)]。

(3)不同压强下,按照n(CO2):n(H2)=1:3投料,实验测定CO2的平衡转化率和CH3OH的平衡产率随温度的变化关系如下图所示。

已知:CO2的平衡转化率=×100%
CH3OH的平衡产率=×100%
其中纵坐标表示CO2平衡转化率的是图___________ (填“甲”或“乙”);压强p1、p2、p3由大到小的顺序为___________;图乙中T1温度时,三条曲线几乎交于一点的原因是___________
(4)工业上可采用CH3OHCO+2H2的原理来制取高纯度的CO和H2。我国学者通过计算机模拟,研究了在钯基催化剂表面上利用甲醇制氢的反应历程,其中吸附在钯催化剂表面上的物种用*标注。甲醇(CH3OH)脱氢反应的第一步历程,有两种可能方式,主要经历的方式是___________(填字母)。
方式A: CH3OH* →CH3O* + H*     Ea=+103.1 kJ·mol-1
方式B: CH3OH* →CH3* + OH*          Eb=+249.3 kJ·mol-1

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