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解答题-原理综合题 适中0.65 引用1 组卷24
Ⅰ.随着碳中和目标的提出，CO2回收技术已成为科学研究热点问题，其中逆水煤气变换反应引起了广泛关注。该反应是将CO2加氢转化为CH3OH等高附加值化学品的关键步骤。
在催化剂作用下，逆水煤气变换体系中存在以下反应：
①CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)；∆H1= ‒ 49.5 kJ∙mol-1；K1
②CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)；∆H2= 41.2 kJ∙mol-1；K2
③CO2(g)+2H2(g) CH3OH(g)；∆H3= ‒ 90.7 kJ∙mol-1；K3
(1)K1=___________(用K2、K3表示)。
Ⅱ.将6 mol CO2和8 mol H2充入容积为2L的密闭容器中，分别在T1、T2温度下发生反应①，H2的物质的量变化如表所示：
物质的量/molT1/℃T2/℃
05min10min15min20min25min30min
H28.03.52.02.01.71.51.5
(2)T1温度下，5~10min内以CO2表示该反应速率v(CO2)=___________。该温度下，若各物质的起始量n(CO2) = n(H2) = n(CH3OH) = n(H2O) = 2 mol，则v(正)___________ v(逆)。
A．>                B．=                C．<
(3)下列说法正确的是___________。
A．T1 < T2
B．混合气体的密度保持不变时，反应已达到平衡
C．平衡后向容器中充入稀有气体，平衡不发生移动
D．加入合适的催化剂可以降低反应的活化能，∆H减小

Ⅲ.一定条件下，将原料气n(CO2)∶n(H2)=1∶3进行投料，在恒容密闭容器中模拟上述三个反应，CO和CH3OH在含碳产物(CH3OH和CO)中物质的量分数及CO2的平衡转化率随温度变化的情况如图所示

(4)CO2平衡转化率随温度升高先减小后增大的原因是___________。曲线___________代表CH3OH在含碳产物中物质的量分数。
A．m                    B．n
(5)有利于提高CO2转化为CH3OH的平衡转化率的措施有___________。
A．使用催化性能好的催化剂B．降低反应温度
C．投料比不变，增加反应物的浓度D．增大CO2和H2的初始投料比
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知识点：化学平衡图像分析温度对化学平衡移动的影响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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研发二氧化碳的利用技术，将二氧化碳转化为能源是减轻环境污染和解决能源问题的方案之一，回答下列问题：
(1)利用CO2合成二甲醚有两种工艺。
工艺1：
涉及以下主要反应：
反应Ⅰ.甲醇的合成：CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1=-49.0kJ/mol
反应Ⅱ.逆水汽变换：CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)   ΔH2=+41.0kJ/mol
反应Ⅲ.甲醇脱水：2CH3OH(g) CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH3=-23.5kJ/mol
工艺2：反应Ⅳ.2CO2(g)+6H2(g) CH3OCH3(g)+3H2O(g)   ΔH
①ΔH=___________kJ/mol，反应Ⅳ在___________(填“低温”“高温”或“任意温度”)下自发进行。
③在恒温恒容的密闭容器中，下列说法能判断反应Ⅳ达到平衡的是___________(填标号)。
A．气体物质中碳元素与氧元素的质量比不变
B．容器内CH3OCH3浓度保持不变
C．容器内气体密度不变
D．容器内气体的平均摩尔质量不变
(2)在不同压强下，按照n(CO2)：n(H2)=1：3投料合成甲醇(反应Ⅰ)，实验测得CO2的平衡转化率和CH3OH的平衡产率随温度的变化关系如图甲、乙所示。

①下列说法正确的是___________(填标号)。
A．图甲纵坐标表示CH3OH的平衡产率
B．p1<p2<p3
C．为了同时提高CO2的平衡转化率和CH3OH的平衡产率，应选择低温、高压条件
D．一定温度、压强下，提高CO2的平衡转化率的主要方向是寻找活性更高的催化剂
②图乙中，某温度时，三条曲线几乎交于一点的原因是___________。
(3)在T1温度下，将3molCO2和7molH2充入2L的恒容密闭容器中发生反应Ⅰ和Ⅳ，达到平衡状态时CH3OH(g)和CH3OCH3(g)的物质的量分别为1mol和0.5mol。
①反应经过10min达到平衡，0~10min内CO2的平均反应速率v(CO2)=___________mol/(L·min)。
②T1温度时反应Ⅰ的平衡常数K=___________。
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(1)利用CO2合成二甲醚有两种工艺。
工艺1：
涉及以下主要反应：
反应Ⅰ.甲醇的合成：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)     △H1=-49.0kJ/mol
反应Ⅱ.逆水汽变换：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)     △H2=+41.0kJ/mol
反应Ⅲ.甲醇脱水：2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)     △H3=-23.5kJ/mol
工艺2：反应Ⅳ.2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)     △H
①△H=___________kJ/mol，反应Ⅳ在___________(填“低温”“高温”或“任意温度”)下自发进行。
②反应Ⅳ的活化能Ea(正)___________(填“>”“<"或“=”)Ea(逆)。
③在恒温恒容的密闭容器中，下列说法能判断反应Ⅳ达到平衡的是___________(填标号)。
A．气体物质中碳元素与氧元素的质量比不变
B．容器内CH3OCH3浓度保持不变
C．容器内气体密度不变
D．容器内气体的平均摩尔质量不变
(2)在不同压强下，按照n(CO2)：n(H2)=1：3投料合成甲醇(反应Ⅰ)，实验测得CO2的平衡转化率和CH3OH的平衡产率随温度的变化关系如图甲、乙所示。

①下列说法正确的是___________(填标号)。
A．图甲纵坐标表示CH3OH的平衡产率
B．p1<p2<p3
C．为了同时提高CO2的平衡转化率和CH3OH的平衡产率，应选择低温、高压条件
D．一定温度、压强下，提高CO2的平衡转化率的主要方向是寻找活性更高的催化剂
②图乙中，某温度时，三条曲线几乎交于一点的原因是___________。
(3)在T1温度下，将3molCO2和7molH2充入2L的恒容密闭容器中发生反应Ⅰ和Ⅳ，达到平衡状态时CH3OH(g)和CH3OCH3(g)的物质的量分别为1mol和0.5mol。
①反应经过10min达到平衡，0~10min内CO2的平均反应速率v(CO2)=___________mol/(L·min)。
②T1温度时反应Ⅰ的平衡常数K=___________。
反应I可用于在国际空间站中处理二氧化碳，同时伴有副反应II发生。
主反应I.CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g) △H1=-270kJ·mol-1
副反应II.CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) △H2
回答下列问题：
(1)几种化学键的键能如下表所示：
化学键C-HH-HH-OC=OC≡O
键能/kJ·mol-14134364637451072
则△H2=_______。
(2)若在绝热恒容容器中仅发生反应II，则下列事实能说明反应达到平衡状态的是_______(填序号)。
A．容器内气体的压强不变
B．容器内温度不变
C．容器内气体的密度不再改变
D．容器内气体的平均相对分子质量不变
(3)为了进一步研究上述两个反应，某小组在三个容积相同的刚性容器中，分别充入1molCO2和4molH2，在三种不同实验条件(见表)下进行两个反应，反应体系的总压强(p)随时间变化情况如图所示：
实验编号abc
温度/KT1T1T2
催化剂的比表面积/(m2·g-1)80120120
①T1_______T2(填“>”“<”或“=”)，曲线III对应的实验编号是_______。
②下列措施不能提高CO2转化为CH4的平衡转化率的有_______(填序号)。
A.及时分离产物CH4
B.增大体系压强
C.增大CO2和H2的初始投料比
D.使用催化剂
③若在曲线II的条件下，10min达到平衡时生成1.2molH2O，则10min内反应的平均速率v(H2O)=_______kPa·min-1。
(4)常温下，用氨水吸收CO2可得到NH4HCO3溶液，在NH4HCO3溶液中c()_______c()(填“>”“<”或“=”)；反应++H2ONH3·H2O+H2CO3的平衡常数K=_______。(已知常温下NH3·H2O的电离平衡常数Kb=2×10-5，H2CO3的电离平衡常数K1=4×10-7，K2=4×10-11)

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