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解答题-原理综合题 较难0.4 引用1 组卷148
二氧化碳催化还原为乙醇等燃料是解决能源危机和温室效应的一种可持续方法,这有利于实现“碳达峰”和“碳中和”的目标。回答下列问题:
(1)已知:①   
   
   ___________(用表示)。
(2)电催化制取乙醇的原理如图所示。
   
①电催化时,向阴极迁移的主要离子是___________,阴极反应式为___________
②标准状况下,参与反应时,转移的电子数为___________(用表示)。
(3)催化加氢制取乙醇的反应原理为,实验测得当起始投料比为3,气体总压强维持为5MPa时,各物质的平衡组成随温度变化的关系如图所示。
   
①该反应能自发进行的条件是___________(填“高温”、“低温”或“任意温度”)。
②A点处,的平衡转化率为___________
③B点处,乙醇的平衡分压___________MPa;对应温度下反应的___________(保留3位小数;为以分压表示的平衡常数)。
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知识点:盖斯定律与热化学方程式化学平衡图像分析化学平衡常数的有关计算电解池电极反应式及化学方程式的书写与判断 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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以沼气(CH4)为原料制H2和CO合成气,再进一步合成甲醇等燃料,具有广阔的应用前景。在一定条件下,沼气的转化原理为:
水蒸气重整:CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) ΔH1
水煤气变换:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH2
甲烷二氧化碳重整:CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g) ΔH3
对应的平衡常数分别为Kp1、Kp2、Kp3。请回答:
(1)甲烷水蒸气重整、水煤气变换反应的平衡常数的自然对数lnKp与温度的关系如图所示:

①甲烷水蒸气重整反应能够自发进行的条件是___________(填“低温”、“高温”或“任何温度”),ΔH1___________ΔH3(填“小于”、“大于”或“等于”);图中Q点时,Kp3=___________
②通过计算机模拟甲烷水蒸气重整反应实验测得,在操作压强为0.1Mpa、水碳比n(H2O)/n(CH4)为1.0,温度为900℃,反应达到平衡时,H2的物质的量分数为0.6。已知该反应的速率方程υ=kp(CH4)/p(H2),式中k为速率常数,p为气体分压,气体分压=总压×气体物质的量分数,则此时该反应速率υ=______(用含k的式子表示)。
(2)通过计算机模拟操作压强为0.1Mpa、温度为900℃时的甲烷水蒸气重整反应实验,已知起始水碳比n(H2O)/n(CH4)为1.0,测得反应达到平衡时,H2的物质的量分数为0.5。已知该反应的速率方程υ=kp(CH4)/p(H2)(式中k为速率常数,p为气体分压,气体分压=总压×气体物质的量分数),则此时该反应的速率υ=_______(用含k的式子表示);900℃时,该反应的压强平衡常数Kp1=________
(3)甲烷二氧化碳重整反应催化转化原理如图所示,假设各步反应均转化完全,若投料比n(CO2)/n(CH4)=1.0,可导致催化剂CaO失效,原因是___________

(4)CO和H2可做燃料电池的燃料。一种熔融碳酸盐燃料电池的工作原理如图所示。电极A上H2参与的电极反应为___________。假设催化炉产生的CO与H2物质的量之比为1︰2。电极A处产生的CO2有部分参与循环利用,其利用率为___________%。
我国力争2030年前实现“碳达峰”,2060年前实现“碳中和”。其中的关键技术是运用催化转化法实现二氧化碳的综合利用。催化加氢制乙醇是促进碳中和实现的重要途径,其中涉及的反应如下:
反应I: 
反应II: 
反应III: 
回答下列问题:
(1)催化加氢制乙醇反应的___________kJ/mol;该反应能在___________(填“高温”或“低温”或“任何温度”)自发进行。
(2)在2L恒容密闭容器中分别投入2mol和6mol,进行反应I。
①下列描述能说明该反应达到平衡状态的是___________(填标号)。
A.容器内混合气体的密度保持不变       
B.容器内压强保持不变
C.容器内混合气体的平均摩尔质量不再改变       
D.的物质的量之比保持不变
E.
②容器中乙醇的物质的量与时间的关系如图所示,若容器a中改变条件时,反应情况会由曲线a变为曲线b,则改变的条件是___________;容器a中0~10min内,用氢气表示的平均反应速率___________

(3)在总压为pMPa的条件下,按投料比为1∶1、1∶2、1∶3向密闭容器中投入进行反应I,的平衡转化率与温度、投料比的关系如图所示:

①从平衡角度分析,随温度升高,不同投料比时的平衡转化率趋于相近的原因是___________
②A点时,该反应的平衡常数___________(列出代数式即可;压力平衡常数是以气体分压来表示反应的平衡常数)。
(4)利用电解的方法,也可以实现到乙醇的转变,则碱性电解质溶液中,阴极反应式为___________;标准状况下,2.24L参与反应时,转移的电子数为___________(设为阿伏加德罗常数的值)。

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