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解答题-原理综合题 较难0.4 引用2 组卷398
2030年实现“碳达峰”,2060年达到“碳中和”的承诺,体现了我国的大国风范。二氧化碳催化加氢制甲醇,有利于减少温室气体二氧化碳。回答下列问题:
二氧化碳加氢制甲醇涉及的反应可表示为:
   
   
   
(1)根据上述反应求:④___________
(2)我国学者结合实验与计算机模拟结果,研究了在金催化剂表面上反应④的反应历程,如图所示,其中吸附在金催化剂表面上的物种用*标注。
   
写出该历程中决速步骤的化学方程式:________
(3)一体积可变的密闭容器中,在保持a MPa下,按照投料,平衡时,CO和CH3OH在含碳产物中物质的量分数及CO2的转化率随温度的变化如图所示:
   
①图中m曲线代表的物质为________
②下列说法正确的是________(填标号)。
A.180~380℃范围内,H2的平衡转化率始终低于CO2
B.温度越高,越有利于工业生产CH3OH
C.一定时间内反应,加入选择性高的催化剂,可提高CH3OH的产率
D.150~400℃范围内,随着温度的升高,CO2的反应速率先减小后增大
③已知气体分压=气体总压×气体的物质的量分数,用平衡分压代替平衡浓度可以得到平衡常数,270℃时反应①的分压平衡常数为________(保留2位有效数字)。
(4)在一定条件下,密闭容器中加入一定量的CO、H2O(g)和催化剂仅发生反应,其速率方程为,其中为正、逆反应速率,分别为速率常数,p为气体的分压。已知降低温度时,增大,调整CO和H2O初始投料比,测得CO的平衡转化率如图,A、B、C、D四点中温度由高到低的顺序是________,在C点所示投料比下,当CO转化率达到40%时,________
   
22-23高二下·湖北咸宁·期末
知识点:盖斯定律及其有关计算影响化学反应速率的内因化学平衡的移动及其影响因素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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研发CO2利用技术、降低空气中CO2含量可采用“CO2催化加氢制甲醇”方法。
该反应体系中涉及以下两个反应:
Ⅰ.
Ⅱ.
回答下列问题:
(1)上述反应体系在一定条件下建立平衡后,下列说法正确的有___________。
A.增大CO的浓度,反应Ⅰ的平衡向正反应方向移动
B.降低温度,反应Ⅰ和Ⅱ的正、逆反应速率都减小
C.恒温恒容下充入氦气,反应Ⅰ的平衡向正反应方向移动
D.增大压强,反应Ⅰ和Ⅱ重新达到平衡的时间不同
(2)反应Ⅰ、Ⅱ的InK(K代表化学平衡常数)随(温度的倒数)的变化如图所示。

试判断升高温度,反应的化学平衡常数___________(填“增大”或“减小”或“不变”)。
(3)恒压下将CO2和H2按体积比1∶3混合,在不同催化剂作用下发生反应Ⅰ和反应Ⅱ,在相同的时间段内CH3OH的选择性和产率随温度的变化如图。

其中:CH3OH的选择性
①在上述条件下合成甲醇的工业条件是___________
A.210℃       B.230℃       C.催化ZT       D.催化剂CZ(Zr-1)T
②在230℃以上,升高温度CO2的转化率增大,但甲醇的产率降低,原因是___________
(4)恒温恒压密闭容器中,加入2molCO2和4molH2,只发生反应Ⅰ和反应Ⅱ,初始压强为p0,在300℃发生反应,反应达平衡时,CO2的转化率为50%,容器体积减小20%。则反应Ⅱ的平衡常数K=___________(保留两位有效数字)。
(5)已知对于反应Ⅰ,。其中分别为正、逆反应速率常数,p为气体分压(分压=物质的量分数×总压)。在540K下,按初始投料比分别为3∶1、1∶1、1∶3,得到不同压强条件下H2的平衡转化率关系如图所示。

①比较a、b、c各曲线所表示的投料比大小顺序为___________(用字母表示)。
②计算540K的压强平衡常数___________(用平衡分压代替平衡浓度计算)。
③540K条件下,某容器测得某时刻,此时___________
二氧化碳加氢合成甲醇是化学固碳的一种有效途径,不仅可以有效减少空气中的CO2排放,而且还能制备出甲醇清洁能源。反应如下:
主反应I:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1
副反应II:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH2=+41kJmol-1
回答下列问题:
(1)已知CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH3=-99kJmol-1,则ΔH1=______kJmol-1;有利于提高甲醇平衡产率的条件是_______(填标号)
A.高温高压B.低温高压C.高温低压D.低温低压
(2)我国学者结合实验与计算机模拟结果,研究了CO2与H2在TiO2/Cu催化剂表面生成CH3OH和H2O的部分反应历程,如图所示,其中吸附在催化剂表面的物种用*标注。

①该反应历程中最大的活化能Ea=___________eV。
②后续的反应历程可简化为以下5个步骤(*表示催化剂活性位点),请完成历程中(iii)的反应方程式。
(i)
(ii)
(iii)___________
(iv)
(v)
(3)当CO2和H2的投料比为1:3在不同的催化剂(Cat.1:Cu/TiO2;Cat.2:Cu/ZrO2)条件下反应相同的时间,CH3OH选择性和CO选择性(已知CH3OH的选择性、CO的选择性随着CO2转化率的变化如图所示:

①由图可知,催化效果Cat.2___________Cat.1(填“大于”或“小于”)。
②若温度升高,CO2的转化率增大,则CH3OH选择性降低的可能原因是___________
(4)在一定条件下,向刚性容器中充入投料比为1:3的CO2和H2,达到平衡时CO2的转化率为20%,CH3OH的选择性为75%,则α(H2)=___________(计算结果保留一位小数);反应II的压强平衡常数Kp=___________
为了实现“碳达峰”和“碳中和”的目标,将转化成可利用的化学能源的“负碳”技术是世界各国关注的焦点。回答下列问题:
方法Ⅰ:催化加氢制甲醇。
为原料合成涉及的反应如下:
反应ⅰ:
反应ⅱ:
反应ⅲ:
(1)计算反应ⅲ的______
(2)一定温度和催化剂条件下,在密闭恒容容器中按照投料发生反应(不参与反应),平衡时的转化率、和CO的选择性(如的选择性)随温度的变化曲线如图所示。

①图中曲线a表示物质______的变化(填“”“”或“CO”)。
②上述反应体系在一定条件下建立平衡后,下列说法正确的有______(填标号)。
A.升高温度,反应ⅰ逆向移动,所以正反应速率减小
B.向容器中再通入少量的平衡转化率下降
C.移去部分,反应ⅲ平衡一定不移动
D.选择合适的催化剂能提高的选择性
③保持温度不变,在恒容反应器中,初始总压为5p kPa,只发生反应ⅰ和ⅱ,达到平衡时的转化率为80%,CO的选择性为25%,则的转化率为______,反应ⅱ的压强平衡常数______(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)
方法Ⅱ:催化加氢制甲酸
(3)科研工作者通过开发新型催化剂,利用太阳能电池将工业排放的转化为HCOOH,实现碳中和的目标。
已知。温度为达到平衡时,化学平衡常数。实验测得:为速率常数。时,______;若温度为达到平衡时,,则______(填“>”、“<”或“=”)。

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