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题型:解答题-原理综合题 难度:0.65 引用次数:77 题号:12236973
CO2、CO、H2催化合成醇可减排温室气体并合成可再生燃料,是新能源领域的研究前沿。已知CO2与H2混合后一定条件下可发生下列两个可逆反应:
I、CO2(g)+3H2(g) = CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1=-49.0 kJ·mol−1
II、CO2(g)+H2(g) = CO(g)+H2O(g) ΔH2= 41.1 kJ·mol−1
(1)H2还原CO反应合成甲醇的热化学方程式为:CO(g)+2H2(g) = CH3OH(g) ΔH,则ΔH=_______kJ·mol−1
(2)1 mol CO2和3 mol H2混和气体在一定条件下反应,测得CO2平衡转化率、平衡时含碳产物中CH3OH和CO的物质的量分数随温度变化如图-1所示
①图中平衡时产物中CO的百分含量对应的曲线是_______(填“b”或“c”),理由为_______
②图中X点时,CO2的平衡转化率为25%,则此时混合体系中n(CH3OH)∶n(CO)∶n(CO2)=_______;H2的转化率为_______%(保留三位有效数字)。

(3)CO和H2O可以在Fe(CO)5催化作用下发生反应II,其反应机理如图-2所示。OH-在此反应中的作用是_______;若参与反应的为C18O,则生成的二氧化碳成分为_______(填“只有CO18O”或“只有CO2” 或“CO18O和CO2”)

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【推荐1】转化为等燃料有助于降低大气中浓度,还能获得乙醇等高附加值化学品,是实现“碳中和”目标的一种有效途径。
(1)已知下列反应的热化学方程式:
Ⅰ.2CO2(g)+2H2O(g)⇌2C2H4(g)+3O2(g) K1 ΔH1=+1323kJ/mol
Ⅱ.CO2(g)+H2(g)⇌CO(g)+H2O(g) K2 ΔH2=+41kJ/mol
Ⅲ.C2H4(g)+H2O(g)⇌C2H5OH(g) K3 ΔH3=-45.5kJ/mol
反应2CO(g)+5H2O(g)⇌2C2H5OH(g)+3O2(g)+2H2(g)的___________,平衡常数K=___________(用表示)。
(2)将5mol和20mol通入起始压强为p的某恒容密闭容器中发生反应Ⅳ:CO2(g)+4H2(g)⇌CH4(g)+2H2O(g) K4 ΔH4=-165kJ/mol(主反应)和反应Ⅱ(副反应),平衡时容器中含碳物质的物质的量随温度的变化如图1所示。

①为了提高的产率,理论上应采用的措施是___________(填“低”或“高”,后同)温___________压。
②800K时,反应Ⅱ的平衡常数___________(用平衡分压代替物质的量浓度计算,保留两位有效数字)。
③500K时,若只发生反应Ⅳ,下列说法能判断反应达到平衡状态的是___________(填标号)。
A.消耗1mol的同时生成2mol
B.混合气体的平均相对分子质量保持不变
C.的体积分数不再变化
D.体系的温度不再发生变化
(3)我国科学家提出了一种用双催化剂协同催化合成的路径。先利用催化剂将转化为*CO(*表示吸附态)和游离态的CO,再经过一系列的反应形成,该过程能量与反应进程的关系如图2所示。

①该过程的决速步骤是___________(用“→”表示含碳物质间的转化)。
②游离态CO的自由能___________(填“大于”或“小于”) *CO的自由能。
2024-06-04更新 | 46次组卷
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【推荐2】用CH4催化还原NOx可以消除氮氧化物的污染。例如:
反应1:CH4(g)+4NO2(g)4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) ∆H1=-574kJ·mol-1
反应2:CH4(g)+4NO(g) 2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ∆H2=-1160kJ·mol-1
(1)1mol CH4还原NO2至N2,写出该过程的热化学方程式___________
(2)用CH4催化还原NO,能提高N2的平衡产率的措施是___________(填字母)。
A.升高温度B.增大压强C.降低温度D.降低压强
(3)一定温度下,在初始体积为2L恒容密闭容器中通入1mol CH4和4mol NO(假设只发生反应2)。
①下列能说明该反应已经达到平衡状态的是___________(填字母)。
A.c(CH4)和c(CO2)的浓度比保持不变        B.混合气体的密度保持不变
C.CH4的消耗速率等于CO2的消耗速率     D.容器内气体压强保持不变
后该反应达到平衡,测得容器中N2的物质的量为。则从反应开始至刚达到平衡用NO表示的反应速率v(NO)=___________
(4)为了提高CH4和NO转化为N2的产率,种学家寻找了一种新型的催化剂。将CH4和NO按一定比例、一定流速通过装有上述新型催化剂的反应器中,反应相同时间,测得N2的产率与温度的关系如图1所示,OA段N2产率随温度升高而增大的原因是___________
   
(5)对于反应2而言,不同温度下,CH4的浓度变化如图2所示,下列说法正确的是___________(填字母)。
   
A.T1大于T2
B.c点二氧化碳的浓度为0.2 mol·L-1
C.a点正反应速率大于b点的正反应速率
D.a点的反应速率一定比c点的反应速率小
2023-04-30更新 | 169次组卷
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(1)中科院设计了一种新型的多功能复合催化剂,实现了CO2直接加氢制取高辛烷值汽油,其过程如图1所示。

①已知:CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g) △H= + 41 kJ·mol-1
2CO2(g)+6H2(g)=4H2O(g)+CH2=CH2(g) △H= -128 kJ·mol-1
则上述过程中CO和H2转化为CH2=CH2的热化学方程式是_________
②下列有关CO2转化为汽油的说法,正确的是___________________(填标号)。
A. 该过程中,CO2转化为汽油的转化率高达78%
B. 中间产物Fe5C2的生成是实现CO2转化为汽油的关键
C. 在Na-Fe3O4上发生的反应为CO2+H2=CO+H2O
D. 催化剂HZSM-5可以提高汽油中芳香烃的平衡产率
③若在一容器中充入一定量的CO2和H2,加入催化剂恰好完全反应,且产物只生成C5以上的烷烃类物质和水。则起始时CO2和H2的物质的量之比不低于_________
(2)研究表明,CO2和H2在一定条件下可以合成甲醇。反应方程式为CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H<0。一定条件下,往2L恒容密闭容器中充入1.0molCO2和3.0molH2,在不同催化剂作用下合成甲醇,相同时间内CO2的转化率随温度变化关系如图2所示。
①该反应自发进行的条件是__________(填“高温”“低温”或“任意温度”)
②催化效果最佳的催化剂是__________(填“A”“B”或“C”);b点时,________(填“>”“<”或“=”)。
③若容器容积保持不变,则不能说明该反应达到化学平衡状态的是________
a.c(CO2)与c(H2)的比值保持不变
b.v(CO2)=v(H2O)
c.体系的压强不再发生变化
d.混合气体的密度不变
e.有lmolCO2生成的同时有断开3mol的H-H键
f.气体的平均相对分子质量不变
④已知容器内的起始压强为100 kPa,若图2中c点已达到平衡状态,则该温度下反应的平衡常数Kp =____________________(只列出计算式,不要求化简,Kp为以分压表示的平衡常数,分压=总压×物质的量分数)。
2020-01-14更新 | 469次组卷
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