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解答题-原理综合题 适中0.65 引用1 组卷132
我国力争于2030年前实现碳达峰,2060年前实现碳中和。催化加氢合成二甲醚是一种实现“碳中和”理想的转化方法。该过程中涉及的反应如下:
主反应:   
副反应:   
回答下列问题:
(1)主反应通过以下步骤来实现:
I.   
II.   
则主反应的_______
(2)在恒压、的起始量一定时,平衡转化率和平衡时的选择性随温度的变化如下图所示,的选择性

   

平衡转化率随温度升高而增大的原因是_______
②420℃时,在催化剂作用下反应一段时间后,测得的选择性约为50%。不改变反应时间,一定能提高选择性的措施有_______(填标号)。
A.升高温度       B.增大压强       C.增大       D.更换适宜的催化剂
(3)在温度为543K。原料组成为、初始总压为4MPa恒容密闭容器中进行反应,体系达到平衡时的转化率为30%,二甲醚的选择性为50%,则氢气的转化率_______;主反应的压强平衡常数_______(列出计算式)。
(4)二甲醚直接燃料电池具有启动快、效率高、能量密度大等优点。若电解质溶液呈碱性,二甲醚直接燃料电池的负极反应为_______
(5)1,2-丙二醇()单分子解离反应相对能量如图所示,路径包括碳碳键断裂解离和脱水过程。从能量的角度分析,TS1、TS2、TS3、TS4四种路径中_______路径的速率最慢。

   

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知识点:盖斯定律与热化学方程式活化能对反应速率的影响转化率的计算原电池电极反应式书写 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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中国提出要实现“二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,争取在2060年前实现碳中和”的目标,二氧化碳的资源化利用对实现碳中和目标具有促进作用。
甲醇是一种可再生能源,由制备甲醇可能涉及的反应如下:
反应I:
反应II:
反应III:
已知部分化学键键能如表:
化学键H—HO—HC—HC—OC=O
键能436463414326803
回答下列问题:
(1)反应I自发趋势是___________。
A.高温自发B.低温自发
C.任意温度下自发D.任意温度下非自发

(2)在一密闭容器中充入,分别在压强下进行反应,测得的平衡转化率随温度的变化如图所示,温度后,反应主要以___________(填反应I、反应II或反应III)为主。为了提高生成的平衡转化率,同时减少反应III的发生,可采取的措施是___________

(3)在一定条件下,向体积为的恒容密闭容器中通入,假设仅发生反应I,测得的物质的量浓度随时间的变化如图所示。

内,氢气的平均反应速率为___________
②下列叙述中一定能说明该反应达到平衡状态的是___________
A.化学反应速率关系:
B.容器内混合气体的密度不再改变
C.单位时间内,每断裂2个C=O键,同时断裂3个O—H键
D.容器内混合气体的平均摩尔质量不再改变
(4)加热锅炉时,水中的可以先转化为,然后转化为。已知:在80℃时的平衡常数为K,水的离子积为,碳酸的第一级和第二级电离常数分别为,则该温度下___________(用相关常数表示)。
(5)二甲醚直接燃料电池具有启动快、效率高、能量密度大等优点。若电解质溶液呈碱性、二甲醚直接燃料电池的负极反应为___________
我国提出力争2060年前实现碳中和,以CO2为原料催化加氢制备甲醇具有较好的发展前景。已知:
I.CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)        △H1=-49.5kJ•mol-1
Ⅱ.CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)        △H2=+40.9kJ•mol-1
Ⅲ.CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)        △H3
回答下列问题:
(1)反成I在______(填“高温”“低温”或“任何温度”)条件下能够自发进行,反应Ⅲ的△H3=______kJ•mol-1
(2)将CO2和H2按n(CO2)∶n(H2)=1∶3通入密闭容器中发生反应I和反应Ⅱ,测得不同温度下CO2的平衡转化率以及CH3OH、CO选择性的变化如图所示(选择性为目标产物的物质的量在转化的CO2的总物质的量中的比率)。

①根据图像指出CH3OH的选择性曲线为_______(填“a”或“b”)。
②不同压强下,CO2的平衡转化率如图所示,则p1、p2、p3由大到小的顺序_______
T>350℃时,p1、p2、p3三条曲线接近重合的原因是______
T℃时,在催化剂作用下CO2与H2反应一段时间后,测得CH3OH的选择性为50%;保持投料比、反应时间和温度不变,一定能提高CH3OH选择性的措施有_______(写出一种即可)。
(3)已知:对于反应,dD(g)+eE(g)gG(g)+hH(g),pG、pH、pD、pE为各组分的平衡分压,Kθ=,其中pθ=100kPa,分压=总压×该组分物质的量分数。
①则图为反应______(填“Ⅱ”或“Ⅲ”)的lgKn(n>m)的变化关系。
②在图中n点对应温度下、原料组成为n(CO2)∶n(H2)=1∶3、初始总压为100kPa的恒容密闭容器中进行反应,体系达到平衡时CO的分压为10kPa,CH3OH的分压为6.25kPa,H2的平衡转化率为______

(4)CO2催化加氢制甲醇在不同催化剂下的反应机理如图所示,(*表示催化剂表面的吸附位,如CO*表示吸附于催化剂表面的CO)

下列说法正确的是______
A.Cu-ZnO@SiO2催化剂中Cu+抑制了CO*的解吸附,从而抑制CO的生成
B.Cu-ZnO@SiO2催化剂主要通过HCOO*路径加氢生成甲醇
C.增大流速,原料气与催化剂碰撞机会多,甲醇产率一定增加
D.随着温度升高,有利于CO2,在催化剂表而反应,平衡转化率增大
我国将在2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和。“碳中和”是指CO2的排放总量和减少总量相当。CO2的资源化利用能有效减少CO2排放。
(1)研究表明CO2与CH4在催化剂存在下可发生反应制得合成气:CO2(g)+CH4(g)2CO(g)+2H2(g) ΔH>0
①此反应的活化能Ea(正)________Ea(逆)(填“>”、“=”或“<”)。
②某温度下,向一恒容密闭容器中充入CO2和CH4发生上述反应,初始时CO2和CH4的分压分别为15kPa、20kPa,一段时间达到平衡后,测得体系压强增加了10kPa,则该反应的平衡常数Kp_______(kPa)2(结果保留两位有效数字,用平衡分压代替平衡浓度计算。分压=总压×物质的量分数)。
(2)电解法转化CO2可实现CO2资源化利用。电解CO2制HCOOH的原理如图。

①阳极区为该装置的_______边(填“左”或“右”),电解一段时间后,溶液中的K+_______极区移动(填“阳”或“阴”)。
②写出CO2还原为HCOO-的电极反应式:_______
(3)CO2催化加氢合成二甲醚是一种CO2转化方法,其过程中主要发生下列反应:
反应I:CO(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g) ΔH=+41.2k/mol
反应II:2CO2(g)+6H2(g)=CH3OCH3(g)+3H2O(g) ΔH=-122.5kJ/mol
在恒压、CO2和H2的起始量一定的条件下,CO2平衡转化率和平衡时CH3OCH3的选择性随温度的变化如图。其中:CH3OCH3的选择性=100%
①温度高于300°C,CO2平衡转化率随温度升高而上升的原因是_______
②220°C时,在催化剂作用下CO2与H2反应一段时化间后,测得CH3OCH3的选择性为48%(图中A点)。不改变反应时间和温度,一定能提高程CH3OCH3选择性的措施有_______。(填一条即可)

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