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解答题-原理综合题 较难0.4 引用2 组卷119
绿色甲醇降碳效应显著,是实现“碳中和”目标的重要举措之一,2024年伊始,绿色甲醇项目被新纳入《产业结构调整指导目录》鼓励类,其推广和应用将迎来快速增长.绿色甲醇合成工艺包含二氧化碳捕集、甲醇合成等几个单元。
(1)二氧化碳捕集
目前有多种用于工业捕集的方法,一种模拟脱除工业尾气中的示意图如图1所示:

   

写出再生塔中发生反应的化学方程式_________.某温度下,吸收塔中溶液吸收一定量的后,,则该溶液的________(该温度下
(2)合成甲醇
二氧化碳加氢制甲醇是研究的热点,其反应方程式可表示为
①向某一密闭容器中充入,在恒温恒压条件下发生反应,下列说法正确的是_____________(填选项标号);
A.达到平衡时,容器内混合气体的密度不再改变
B.反应物转化率的比值不再改变说明该反应已达到化学平衡
C.平衡时,
D.达到平衡后,充入惰性气体Ar,反应物的平衡转化率增大
②向恒压(3.0MPa)密闭装置中通入发生反应,在不同催化剂下测定甲醇的时空收率随温度的变化曲线如图2所示(时空收率表示单位物质的量催化剂表面甲醇的平均生成速率).

最佳催化剂及最佳反应温度是_________;二氧化碳加氢制甲醇的速率方程可表示为,其中k为速率常数,各物质起始分压的指数为各物质的反应级数.实验结果表明,速率常数与反应级数均受反应温度的影响.使用催化剂时,反应温度由169℃升高到223℃,若反应级数反应级数不变,则速率常数之比______
③一定温度下,将体积分数为的进料气(含杂质气体),以纳米纤维为催化剂,控制压强为50bar发生反应,进料气中杂质气体不反应,达到平衡时二氧化碳的转化率为90%,达到平衡时,______(用含a的代数式表示),该反应的平衡常数________为用分压表示的平衡常数,分压=总压×物质的量分数,用含a的代数式表示);
④反应一般认为经过以下步骤:
反应1:
反应2:
若反应1为慢反应,请在下图中画出上述两步反应能量变化的示意图_______

(3)科学家们提出可以利用电解装置在酸性水溶液中将直接转化为,则生成的电极反应方程式为_____________
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知识点:盖斯定律与热化学方程式化学平衡状态的判断方法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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减排策略主要有三种:减少排放、捕集封存、转化利用。其中转化利用生产高能燃料和高附加值化学品,有利于实现碳资源的有效循环。
(1)甲醇是燃料电池的常用燃料,也是有机合成的重要化工原料。已知时,甲醇、氢气燃烧热分别为甲醇蒸气、水蒸气液化分别放出的热量。则反应生成甲醇蒸气和水蒸气的热化学方程式为_________________________
(2)通过计算机分析,我们可从势能图(峰值数据是峰谷和峰值物质能量的差值)认识加氢制甲醇在不同催化条件下存在的两种反应路径,如图1所示。

①写出甲酸盐路径决速步的化学方程式_______________
②下列说法正确的有_______________
A.增大催化剂表面积可提高在催化剂表面的吸附速率
B.不考虑,两种路径中产生的含碳中间体种类均有5种
C.中间体更稳定
D.使用高活性催化剂可降低反应焓变,加快反应速率
(3)向恒压密闭装置中通入反应物混合气[混合比例],测定甲醇的平均生成速率随温度的变化曲线,如图2所示。

①甲醇的平均生成速率呈“抛物线”形状的原因_______________,最佳催化剂及最佳反应温度是______________
②二氧化碳加氢制甲醇的速率方程可表示为:,其中k为速率常数,各物质起始分压的指数为各物质的反应级数.实验结果表明,速率常数与反应级数均受反应温度的影响。使用催化剂时,反应温度由升高到,若反应级数反应级数不变,则速率常数之比______________
(4)在催化加氢制甲醇过程中也存在竞争性的反应:。在恒温密闭容器中,维持压强和投料不变,将按一定流速通过反应器,二氧化碳转化率和甲醇选择性随温度变化关系如图3所示。

①若时催化剂活性受温度影响不大,则后图中曲线下降的原因________________
②某温度时,向压强为的恒压装置中加入反应并达到平衡状态,平衡转化率为,甲醇选择性为,则甲醇的平衡分压为___________(结果保留2位有效数字) 。
我国提出了2030年前碳达峰、2060年前碳中和的“双碳”目标。研发二氧化碳被转化为多种基础化学品,如一氧化碳、甲烷、甲醇等是实现“双碳”目标的有效方法。二氧化碳催化加氢部分热化学反应式如下:
I.CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g) H=-165.0kJ·mol-1
II.CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) H=+41.0kJ·mol-1
III.CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) H=+49.0kJ·mol-1
(1)二氧化碳与甲烷反应生成一氧化碳和氢气的热化学方程式为____;恒温恒容密闭容器中进行该反应,下列事实能说明反应达到平衡状态的是____(填选项字母)。
A.相同时间内形成C-H键和H-H键的数目相等
B.相同时间内消耗CO2和形成CO的分子数目相等
C.体系内各物质的浓度保持不变
D.体系内气体的密度保持不变
(2)在两个恒压(3.0MPa)密闭装置中放置不同Ni、Ga配比的Ni-Ga催化剂,再分别通入反应物混合气[混合比例=0.5],测得甲醇时空收率随温度的变化曲线如图1所示。(甲醇时空收率是表示单位物质的量催化剂表面甲醇的平均生成速率)。

①甲醇时空收率前半段升高的原因是____;最佳配比的催化剂是____
②二氧化碳加氢制甲醇的速率方程可表示为v=k•pm(CO2)•pn(H2),其中k为速率常数,各物质分压的指数为反应级数。实验结果表明,速率常数与反应级数均受反应温度的影响。使用Ni5Ga3催化剂时,反应温度由169℃升高到223℃,若CO2反应级数=2,H2反应级数不变,试计算速率常数之比=____
(3)在恒温密闭容器中,维持压强和投料不变,将CO2和H2按一定流速通过反应器,二氧化碳转化率和甲醇选择性x=×100%随温度变化关系如图2所示,则合成甲醇的适宜温度是____

(4)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3。

①写出阴极CO2还原为HCOO-的电极反应式:____
②电解一段时间后,阳极区的KHCO3溶液浓度降低,其原因是____
我国在2021年两会上首次将碳达峰、碳中和写人政府工作报告,力争2030年前实现碳达峰,2060年前实现碳中和。转化利用是碳治理的重要方法,有利于实现碳资源的有效循环。
已知:甲醇的气相标准燃烧热(焓):
氢气的标准燃烧热(焓):
转化为
回答下列问题:
(1)   _______
(2)制备甲醇两种路径的势能图如图,根据势能图,下列说法正确的是_______。
A.提高分压一定可以提高CO2在催化剂表面的吸附速率
B.甲酸盐路径的决速步反应是
C.中间体更稳定
D.使用高活性催化剂可降低反应焓变,加快反应速率
(3)研究者向恒压(3.0MPa)密闭装置中通入反应物混合气[混合比例),测定甲醇时空收率随温度的变化曲线如图所示。(甲醇时空收率是表示单位物质的量催化剂表面甲醇的平均生成速率)。请解释甲醇时空收率“抛物线”前半段升高的原因:_______,催化剂最佳配比、最佳反应温度为_______

(4)二氧化碳加氢制甲醇的速率方程可表示为,其中k为速率常数,各物质分压的指数为反应级数。实验结果表明,速率常数与反应级数均受反应温度的影响。使用催化剂时,反应温度由169℃升高到223℃,若反应级数反应级数不变,试计算速率常数之比_______
(5)在催化加氢制甲醇过程中存在竞争性的反应产生CO:   ,在恒温密闭容器中,维持压强和投料不变,将按一定流速通过反应器,二氧化碳转化率和甲醇选择性随温度变化关系如图所示。若催化剂活性受温度影响不大,试分析235℃后图中两条曲线下降的原因:_______

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