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题型:解答题-原理综合题 难度:0.4 引用次数:109 题号:10363898
中科院一项新研究成果实现了甲烷高效生产乙烯,其反应为:2CH4(g)C2H4(g)+2H2(g)     ΔH>0
物质燃烧热(kJ/mol)
氢气285.8
甲烷890.3
乙烯1411.5

(1)已知相关物质的燃烧热如表,完成热化学方程式:2CH4(g)C2H4(g)+2H2(g)     ΔH=__
(2)温度为T1℃时,向1 L的恒容反应器中充入2 mol CH4,仅发生上述反应,反应0~15 min CH4的物质的量随时间变化如图1,实验测得10~15 min时H2的浓度为1.6 mol/L。

①若图1中曲线a、b分别表示在T1℃时,使用等质量的两种不同的催化剂时,达到平衡过程中n(CH4)变化曲线,判断:催化剂a_____b(填“优于”或“劣于”)。
②在15 min时改变反应条件,导致n(CH4)发生变化(见图1),则改变的条件可能是:_____(任答一条即可)。
(3)实验测得v=kc2(CH4),v=kc(C2H4)·c2(H2),其中kk为速率常数仅与温度有关,温度为时,kk的比值为______(填数值)。若将温度由T1升高到T2,则反应速率增大的倍数v_______ v(填“>”、“=”或“<”),判断的理由是_________
(4)科研人员设计了甲烷燃料电池并用于电解(如图2)。电解质是掺杂了Y2O3与ZrO2的固体,可在高温下传导O2-

①图中C处的Pt为_______(填“阴”或“阳”)极。
②该电池工作时负极的电极反应式为________
③用该电池电解饱和食盐水,一段时间后收集到标准状况下气体总体积为112 mL,则阴极区所得溶液在25℃时pH=_______(假设电解前后NaCl溶液的体积均为500 mL)。

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【推荐1】CH4-CO2催化重整不仅可以得到合成气,还有利于实现碳中和,反应方程式为CH4(g)+CO2(g) 2CO(g)+2H2(g) △H。
(1)已知25℃、101kPa时,一些物质的燃烧热如下:
物质CO(g)H2(g)CH4(g)
燃烧热△H/(kJ·mol-1)-283.0-285.8-890.3
该催化重整反应的△H=___________
(2)实验室中模拟CH4-CO2催化重整过程,在两个容积为2L的恒容密闭容器中,当投料比=1时,只发生反应CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g),CO2的平衡转化率(α)与温度(T)、平衡压强(p)的关系如图1:

①一定温度下,在恒容的密闭容器中,能说明反应CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)达到平衡状态的标志有___________(填标号)。
a.CH4的生成速率与CO的消耗速率之比为1:2
b.容器中的压强不再发生变化
c.H2的物质的量浓度不再变化
d.密闭容器中n(CH4):n(CO2):n(CO):n(H2)=1:1:2:2
②p1___________(填“大于”、“小于”或“等于”,下同)2MPa;当温度为T3、压强为2MPa时,A点的V___________v
③起始时向容器中加入1molCH4和1molCO2,在温度为T4、压强为p1条件下发生反应,5min达到平衡。则用CH4表示该反应的平均反应速率为___________;该温度时反应的平衡常数Kp=___________(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数,结果用含p1的代数式表示)。
④C点与D点对应的平衡体系中,起始时投入CH4的物质的量之比为n(C):n(D)=___________
(3)工业上催化重整时还存在以下反应:积碳反应CH4(g)C(s)+2H2(g)ΔH1>0;消碳反应CO2(g)+C(s) 2CO(g) ΔH2>0。催化剂表面积碳过多会引起催化剂失活。不同投料比[]下,CH4的转化率如图2,催化剂表面积碳量随温度的变化如图3,试分析,为使重整反应高效稳定地进行应选择________(填“较高”或“较低”,下同)的温度和_______投料比。
2022-03-19更新 | 112次组卷
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【推荐2】我国在应对气候变化工作中取得显著成效,并向国际社会承诺2030年实现“碳达峰”,2060年实现“碳
中和”。因此将CO2转化为高附加值化学品成为科学家研究的重要课题。异丁烯[CH2=C(CH3)2]作为汽油添加剂的主要成分,可利用异丁烷与CO2反应来制备。
反应I:CH3CH(CH3)CH3(g)+CO2(g)CH2=C(CH3)2(g)+H2O(g)+CO(g) H1=+165.2kJ·mol-1
反应II:CH3CH(CH3)CH3(g)CH2=C(CH3)2(g)+H2(g) H2
回答下列问题:
(1)已知:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) H=-41.2kJ·mol-1,则H2=_______
(2)向1.0L恒容密闭容器中加入1molCH3CH(CH3)CH3(g)和1molCO2(g),利用反应I制备异丁烯。已知正反应速率可表示为v=kc[CH3CH(CH3)CH3]·c(CO2),逆反应速率可表示为,v=kc[CH2=c(CH3)2]·c(H2O)·c(CO),其中k、K为速率常数。
①图中能够代表k的曲线为_______(填“L1”“L2”“L3”或“L4”)。

②温度为T1时,该反应的化学平衡常数K=_______,平衡时,CH3CH(CH3)CH3的转化率_______50%(填“以>”、“=”、“<”)。
(3)CH4-CO2重整技术是实现“碳中和”的一种理想的CO2利用技术,反应为:CO2(g)+CH4(g)2CO(g)+2H2(g)。在pMPa时,将CO2和CH4按物质的量之比为1:1充入密闭容器中,分别在无催化剂及ZrO2催化下反应相同时间,测得CO2的转化率与温度的关系如图所示:

①a点CO2转化率相等的原因是_______
②在pMPa、900°C、ZrO2催化条件下,将CO2、CH4、H2O按物质的量之比为1:1:n充入密闭容器,CO2的平衡转化率为α,此时平衡常数Kp=_______(以分压表示,分压=总压×物质的量分数;写出含α、n、p的计算表达式)。
(4)利用电化学可以将CO2有效转化为HCOO-,装置如图所示。

①在该装置中,左侧Pt电极上的电极反应式:_______
②装置工作时,阴极除有HCOO-生成外,还可能生成副产物降低电解效率。阴极生成的副产物可能是_______,标准状况下,当阳极生成O2的体积为224mL时,测得阴极区内的c(HCOO-)=0.015mol/L,则电解效率_______。(忽略电解前后溶液体积的变化)已知:电解效率=100%。
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I.CO2催化加氢合成甲醇:
(1)反应方程式为:CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g) +H2O(g)
已知反应中相关化学键键能数据如下:
化学键H-HC=OC-HC-OO-H
kJ·mol-1436803414326465

①该反应的∆H=___________
在密闭容器中投入1 mol CO2和2.75 mol H2,在不同条件下发生反应:CO2(g) +3H2(g)CH3OH(g) +H2O(g) ,实验测得平衡时甲醇的物质的量随温度、压强的变化如图所示。

②M、N两点的化学反应速率:v( N)___________ v(M),判断理由是___________
③为提高CO2的转化率,除改变温度和压强外,还可以采取的措施是___________
④若506K时,在10L密闭容器中反应,达平衡时恰好处于图中M点,则N点对应的平衡常数K=___________ ( 保留两位小数)。
II. CO2催化加氢合成甲酸:
(2)利用CO2在新型钌配合物催化剂下加氢合成甲酸,反应机理如图1所示,图中含Ru配合物的某段结构用M表示。该反应的中间体为___________,研究表明,极性溶剂有助于促进CO2插入M—H 键,使用极性溶剂后极大地提高了整个反应的合成效率,原因是___________

III.我国科学家首次用CO2高效合成乙酸,其反应路径如图2所示:

(3)①原料中的CH3OH可通过电解法由CO2制取,用稀硫酸作电解质溶液,写出生成CH3OH的电极反应式___________
②根据图示,写出总反应的化学方程式: ___________
2022-08-24更新 | 248次组卷
共计 平均难度:一般