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题型:解答题-原理综合题 难度:0.4 引用次数:291 题号:15425505
CO2的资源化可以推动经济高质量发展和生态环境质量的持续改善。由CO2合成甲醇是CO2资源化利用的重要方法。
Ⅰ.合成甲醇
(1)由CO2催化加氢合成甲醇醇。
①一定条件下,由CO2和H2制备甲醇的过程中有下列反应:
反应1:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) △H1
反应2:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H2
反应3:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H3
其对应的平衡常数分别为K1K2K3,它们随温度变化的曲线如图所示。

①则△H2____H3(填“>”“<”或“=”)。
②对于上述CO2加氢合成CH3OH的反应体系,下列说法不正确的是____(填字母)。
a.增大初始投料比,有利于提高CO2的转化率
b.当气体的平均摩尔质量保持不变时,说明反应体系已达平衡
c.体系达平衡后,若压缩容器体积,则反应1平衡不移动,反应3平衡正向移动
d.选用合适的催化剂可以提高反应3中CO2的平衡转化率
(2)电化学原理将CO2转化为甲醇。
在光电催化条件下可以高效地将CO2和H2O转化为甲醇,从电极反应的角度分析:
①甲醇在____(填“阴”或“阳”)极生成;
②氧化反应为____
Ⅱ.甲醇是重要的化工原料,也可用作甲醇燃料电池。以稀硫酸为电解质溶液,甲醇燃料电池的工作原理如图所示。

(3)该电池工作时,c口通入的物质是_____
(4)该电池负极的电极反应式是_____

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Ⅰ.固态胺吸收与浓缩
在水蒸气存在下固态胺吸收反应生成酸式碳酸盐(该反应是放热反应),再解吸出的简单方法是加热。
Ⅱ.的加氢甲烷化
还原的部分反应如下:
i.CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)   
ii.CO(g)+3H2CH4(g)+H2O(g)   
(1)反应CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)的___________
(2)向恒容绝热的密闭容器中充入amolCO与2amolH2,进行反应ii,下列能判断反应已达化学平衡状态的是___________
a.容器中混合气体密度不变       b.混合气体中之比不变
c.       d.容器内温度不变
Ⅲ.和合成甲烷也是资源化利用的重要方法。对于上述(1)的反应,催化剂的选择是甲烷化技术的核心。在两种不同催化剂条件下反应相同时间,测得转化率和生成选择性随温度变化的影响如下图所示:

   

(3)高于320℃后,以Ni为催化剂,转化率仍在上升,其原因是___________
(4)对比上述两种催化剂的催化性能,工业上应选择的催化剂是___________,使用的合适温度为___________
(5)控制起始时,P=1atm,恒容条件下,若只发生反应i、ii,平衡时各物质的量分数随温度的变化如图所示:

①随投料比增大,CO2的转化率如何变化___________(填增大,减小或者不变)。
②图中代表的曲线是___________(填“a”、“b”或“c”);温度低于500℃时,CO的物质的量分数约为0,说明此条件下,反应___________(填“i”或“ii”)化学平衡常数大,反应完全。
③反应CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)的平衡常数___________(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压总压物质的量分数)。
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I.回收利用CO2是一种减弱温室效应的有效途径。科学家研究发现可利用回收的CO2与H2反应制备甲醛。
已知:①甲醛的燃烧热为524kJ•mol-1
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③H2O(g)=H2O(l) H=-44kJ•mol-1
(1)CO2与H2制备甲醛的反应:CO2(g)+2H2(g)=HCHO(g)+H2O(g) H=______
(2)在2L恒容密闭容器中通入0.2molCO2和0.4molH2,在三种不同条件下发生(1)中反应,测得CO2的转化率与时间的关系如图所示,曲线X对应温度下反应的平衡常数K=_______,由曲线Y到曲线X采取的措施可能是____由细线Z到曲线X采取的措施可能是_______

(3)反应速率v()=k()c(CO2)c2(H2),v()=k()c(CH2O)c(H2O),k()、k()分别为正、逆向反应速率常数,计算m点=______
II.甲醇直接脱氢是工业上合成甲醛的一种新方法,该法得到无水甲醛的同时有到副产品氢气。
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①该反应达平衡状态的依据是___________(填序号)。
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②3min时,反应的v______v(填“<”、“>”或“=”)。该化学反应平衡常数k=_______
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       T1Cu2O(II)0.0500.04900.04830.04800.04800.0480
       T2Cu2O(II)0.0500.0440.0400.0400.0400.040
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