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解答题-原理综合题 较难0.4 引用1 组卷146
我国科学家利用Fe2Na3红紫素催化剂实现CO2还原制备CO,利用可见光催化还原CO2,将CO2转化为增值化学原料(HCOOH、HCHO、CH3OH等),这被认为是一种可持续的CO2资源化有效途径。
(1)已知几种物质的燃烧热(H)如表所示:
物质HCHO(g)H2(g)
燃烧热(H)/(kJ•mol-1)-570.8-285.8
已知:H2O(g)=H2O(l) H=—44kJ•mol-1,CO2(g)+2H2(g)HCHO(g)+H2O(g) H=_______kJ•mol-1
(2)在一定温度下,将1molCO2(g)和3molH2(g)通入某恒容密闭容器中,发生反应CO2(g)+H2(g)HCOOH(g),测得不同时刻容器中CO2的体积分数[φ(CO2)]如表所示:
t/min01020304050
φ(CO2)0.2500.2300.2150.2050.2000.200
达到平衡时CO2的转化率为________
(3)将n(CO2):n(H2)=1:4的混合气体充入某密闭容器中,同时发生反应1和反应2。
反应1:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) H1=+41.2kJ•mol-1
反应2:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) H2<0。
在不同温度、压强下,测得相同时间内CO2的转化率如图,0.1MPa时,CO2的转化率在600℃之后随温度升高而增大的主要原因是________
   
(4)在一定温度下,向容积为2L的恒容密闭容器中充入1molCO2(g)和nmolH2(g),仅发生(3)中的反应2。实验测得CH3OH的平衡分压与起始投料比[]的关系如图:
   
①起始时容器内气体的总压强为8pkPa,若10min时反应到达c点,则0~10min内,v(H2)=________mol•L-1•min-1
②b点时反应的平衡常数Kp=_______(用含p的表达式表示)(kPa)-2。(已知:用气体分压计算的平衡常数为Kp,分压=总压×物质的量分数)
(5)我国科学家开发催化剂,以惰性材料为阳极,在酸性条件下电解还原CO2制备HCHO,其阴极的电极反应式为________
(6)我国学者探究了Biln合金催化剂电化学还原CO2生产HCOOH的催化性能及机理,并通过DFT计算催化剂表面该还原过程的物质的相对能量,如图所示(带“*”表示物质处于吸附态),试从图分析,采用Biln合金催化剂优于单金属Bi催化剂的原因:________
   
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Ⅰ、CO2催化加氢制CH3OH的反应体系中,发生的主要反应有:



(1)③___________(填“高温自发”“低温自发”或“任何温度下都自发”),该反应中活化能___________。(填“>”或“<”)
(2)反应①,(只是温度的函数)。若该温度下的平衡常数K=10,则___________。升高温度,增大的倍数___________(填“大于”“小于”或“等于”)增大的倍数。
(3)一定压强下,往某密闭容器中按投料比充入H2和CO2,反应达到平衡时,测得各组分的物质的量分数随温度变化的曲线如图所示。

①下列说法正确的是___________
A.恒温恒压时充入氦气,反应①、③的平衡均逆向移动,反应②不移动
B.增大的比值,H2的平衡转化率增大
C.图中X、Y分别代表CO、H2O
D.体系中的CO2的物质的量分数随温度变化不大,原因是温度变化,反应①、②的平衡移动方向相反
②在一定温度下,向恒容密闭容器中充入lnolCO2和3molH2,仅发生反应①。实验测得CH3OH的平衡分压与起始投料比[]的关系如图。起始时容器内气体的总压强为8pkPa,则b点时反应的平衡常数Kp=___________(用含p的表达式表示)。(已知:用气体分压计算的平衡常数为Kp,分压=总压×物质的量分数)。

Ⅱ、
(4)我国学者探究了BiIn合金催化剂电化学还原CO2生产HCOOH的催化性能及机理,并通过DFT计算催化剂表面该还原过程的物质的相对能量,如图所示(带“*”表示物质处于吸附态),试从图分析,采用BiIn合金催化剂优于中金属Bi和单金属In催化剂的原因分别是___________

以CH3OH(g)和CO2(g)为原料在一定条件下可制备HCOOCH3(g),发生的主要反应如下:
I. CH3OH(g)+CO2(g)HCOOH(g)+HCHO(g) ΔH1=+756.83kJ·mol-1 Kp1
II. HCOOH(g)+CH3OH(g)HCOOCH3(g)+H2O(g) ΔH2=+316.12kJ·mol-1 Kp2
III.2HCHO(g)HCOOCH3(g) ΔH3= -162.04kJ·mol-1 Kp3
(1)反应4CH3OH(g)+2CO2(g)3HCOOCH3(g)+2H2O(g)的ΔH=____;该反应的压强平衡常数Kp=____(用含Kp1、Kp2、Kp3的代数式表示)。
(2)已知压强平衡常数(Kp)与温度(T)之间存在定量关系,且符合van’tHoff方程lgKp=-×+C(其中R、C为常数,ΔH为反应热)。反应I、II、III的lgKp之间均为线性关系,如图1所示。其中反应I对应的曲线为____(填“a”、“b”或“c”)。

(3)260℃时,向体积为VL的密闭容器中充入2molCH3OH(g)和1molCO2(g)发生反应I、II、III,达到平衡时测得容器中n(HCHO)、n(HCOOH)和n(HCOOCH3)分别为0.1mol、0.2mol和0.95mol。
①CH3OH(g)的平衡转化率为____
②260℃时,反应II的平衡常数K=____
③当温度高于260℃时,CH3OH(g)的转化率随温度的升高而____(填“增大”、“减小”或“不变”),HCOOCH3(g)的产率随温度的升高而下降的原因为____
(4)利用金属Ti的氧化物作催化剂也可实现由CH3OH(g和CO2(g)合成HCOOCH3(g),其反应机理如图2所示。

①260℃时,将=的混合气体以10L·h-1的流速通过装有催化剂的反应器,试计算当HCOOCH3(g)的产率为80%时,其生成速率v(HCOOCH3)=____L·h-1
②若向反应体系中通入适量H2,可大大提高总反应速率,其原因可能为____

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