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题型:解答题-原理综合题 难度:0.65 引用次数:161 题号:13950738
生物天然气是一种廉价的生物质能,它是由秸秆、杂草等废弃物经微生物发酵后产生的,其主要成分为CH4,甲烷燃烧时的能量变化如图所示。

(1)下列说法正确的是___________ (填序号)。
A.该反应的热化学方程式为
B.甲烷完全燃烧时化学能全部转化为热能
C.为充分利用甲烷,通入的空气越多越好
(2)用CH4催化还原,可消除氮氧化物的污染。
已知:①

请写出还原为的热化学方程式___________
(3)甲烷可用于生产合成水煤气,其反应为,已知断裂1mol相关化学键所需的能量如下表:
化学键H-HO-HC-H
键能/(kJ/mol)436465a1076
则a=___________
(4)在恒容密闭容器中,下列能作为合成氨反应达到平衡的依据的是___________
a. b.混合气体的密度保持不变
c.容器内压强保持不变                 d.的浓度之比为1∶3∶2

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【推荐1】CH3OCH3(二甲醚)常用作有机合成的原料,也用作溶剂和麻醉剂。CO2与 H2合成 CH3OCH3涉及的相关热化学方程式如下:
I.CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) △H1=-49.01 kJ·mol-1
II.2CH3OH(g) CH3OCH3(g)+H2O(g)△H2=-24.52 kJ·mol-1
III.CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)△H3
IV.2CO2(g)+6H2(g) CH3OCH3(g)+3H2O(g)△H4
回答下列问题:
(1)△H4____________kJ·mol-1
(2)体系自由能变△G=△H-TS,△G<0 时反应能自发进行。反应 I、II、III 的自由能变与温度的关系如图 所示,在 298~998K 下均能自发进行的反应为________________(填“I”“II” 或“III”)。

(3)在三个体积均为 1 L 的恒容密闭容器中,起始时均通入 3 mol H2和 1 mol CO2,分别只发生反应 I、III、IV 时,CO2的平衡转化率与温度的关系如图所示。

①△H3_______________       (填“>”或“<”)0。
②反应IV,若 A 点总压强为p MPa,则 A 点时CO2的分压为p(CO2)= ___________p MPa(精确到 0.01)。
③在 B 点对应温度下,平衡常数 K(I)______________(填“大于”“小于”或“等于”)K(III)。
(4)向一体积为 1 L 的密闭容器中通入 H2和 CO2,只发生反应 IV,CO2的平衡转化率与压强、温度及氢碳比 m[m=]的关系分别如图1 和图 2 所示。

①图1 中压强从大到小的顺序为_______________,图2 中氢碳比 m 从大到小的顺序为________________
②若在 1 L 恒容密闭容器中充入 0.2 mol CO2和 0.6 mol H2,CO2的平衡转化率为 50%,则在此温度下该反应的平衡常数 K_____________(保留整数)。
(5)复旦大学先进材料实验室科研团队研究出以过渡金属为催化剂的电催化还原二氧化碳制甲醇的途径,大大提高了甲醇的产率,原理如图所示:

①石墨 2 电极上发生________________(“氧化”或“还原”)反应;
②石墨 1 发生的电极反应式为____________________
2020-10-16更新 | 52次组卷
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【推荐2】金属钛(Ti)在航空航天、医疗器械等工业领域有着重要用途,目前生产钛的方法之一是将金红石TiO2 转化为TiCl4,再进一步还原得到钛。回答下列问题:
(1)TiO2转化为TiCl4有直接氯化法和碳氯化法。在1000℃时反应的热化学方程式及其平衡常数如下:
(i)直接氯化:TiO2(s)+2Cl2(g)=TiCl4(g)+O2(g) △H1=172kJ∙mol-1,Kp1=1.0×10-2
(ii)碳氯化:TiO2(s)+2Cl2(g)+2C(s)=TiCl4(g)+2CO(g) △H2=-51kJ∙mol-1,Kp2=1.2×1012Pa
①反应2C(s)+O2(g)=2CO(g)的H 为___________kJ mol-1, Kp =___________Pa。
②碳氯化的反应趋势远大于直接氯化,其原因是___________
③对于碳氯化反应:增大压强,平衡___________移动(填“向左”“向右”或“不”);温度升高,平衡转化率___________(填“变大”“变小”或“不变”)。
(2)在1.0 105 Pa ,将TiO2、C、Cl2以物质的量比 1∶2.2∶2 进行反应。体系中气体平衡组成比例(物质的量分数)随温度变化的理论计算结果如图所示。

图中显示,在200℃平衡时TiO2 几乎完全转化为TiCl4,但实际生产中反应温度却远高于此温度,其原因是___________
(3)TiO2碳氯化是一个“气—固—固”反应,有利于TiO2 C “固—固”接触的措施是________
2023-08-14更新 | 207次组卷
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【推荐3】“反向燃烧”可将二氧化碳变为燃料。回答下列问题:

(已知甲烷的标准燃烧热ΔH=-890 kJ·mol-1) 。
(1)科学家用氮化镓材料与铜组装如图所示的人工光合系统,利用该装置成功地实现了以CO2和H2O合成CH4
①写出铜电极表面的电极反应式:_________________________
②该总反应的热化学方程式为:___________________________
(2)利用CO2与H2反应可制备CH4
已知氢气的标准燃烧热ΔH=-286 kJ·mol-1 ;H2O(g) = H2O (l),ΔH=-44kJ·mol-1
则二氧化碳与氢气反应生成甲烷和水蒸气的热化学方程式为_____________________
该反应能自发的条件是__________(填高温或低温)。
2018-11-25更新 | 200次组卷
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