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题型:解答题-原理综合题 难度:0.65 引用次数:321 题号:15448051
近年来CO2变废为宝,改善环境是科学研究的重要课题,对于实现废气资源的再利用及碳循环经济技术的发展都具有重要意义。
I.已知CO2、C2H6为原料合成C2H4涉及的主要反应如下:
①C2H6(g) CH4(g)+H2(g)+C(s) H1=+9kJ·mol-1
②C2H4(g)+H2(g) C2H6(g) H2=-136 kJ·mol-1
③H2(g)+CO2(g) H2O(g)+CO(g) H3=+41 kJ·mol-1
④CO2(g)+C2H6(g) C2H4(g)+H2O(g)+CO(g) H4
(1)H4=_____,0.1MPa 时向密闭容器中充入CO2和C2H6,发生反应④,温度对催化剂K- Fe-Mn/Si 性能的影响如图:

工业生产综合各方面的因素,根据图中的信息判断反应的最佳温度是______ °C。
(2)在800°C时,n(CO2):n(C2H6)=1: 3,充入一定体积的密闭容器中,在有催化剂存在的条件下,发生反应④,初始压强为p0,一段时间后达到平衡,产物的总物质的量与剩余反应物的总物质的量相等,则该温度下反应的平衡常数Kp=_____(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数,用最简分式表示)。
II.CO2和H2制备CH3OH,可实现CO2的资源化利用,涉及的反应如下:
主反应: CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) H <0
副反应: CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) H>0
将反应物混合气体按进料比n(CO2): n(H2)=1: 3通入反应装置中,选择合适的催化剂,发生上述反应。
(3)不同温度下,CO2的平衡转化率如图①所示,温度高于503K时,CO2 的平衡转化率随温度的升高而增大的原因是___________。 实际生产中,保持压强不变,相同反应时间内不同温度下CH3OH的产率如图②所示,由图可知,523K时CH3OH的产率最大,可能的原因是___________


III.捕碳技术(主要指捕获CO2在降低温室气体排放中具有重要的作用。
(4)已知: NH3·H2O的Kb=1.7 ×10-5, H2CO3的Ka1=4.3 ×10-7, Ka2 =5.6 ×10-11。工业生产尾气中的CO2捕获技术之一是氨水溶液吸收技术,工艺流程是将烟气冷却至20°C后用氨水吸收过量的CO2。吸收反应的化学反应方程式为___________,所得溶液离子浓度由大到小的顺序是___________(不考虑二氧化碳的溶解)。

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【推荐1】TiO2和TiCl4均为重要的工业原料。
已知:Ⅰ.TiCl4(g)+O2(g)TiO2(s)+2Cl2(g)ΔH1= -175.4kJ·mol-1
Ⅱ.2C(s)+O2(g)2CO(g)ΔH2= -220.9kJ·mol-1
请回答下列问题:
(1)TiCl4(g)与CO(g)反应生成TiO2(s)、C(s)和氯气的热化学方程为________。升高温度对该反应的影响为__________
(2)t℃时,向10L恒容密闭容器中充入1mol TiCl4和2mol O2,发生反应Ⅰ。5min达到平衡测得TiO2的物质的量为0.2mol。
①下列措施,既能加快逆反应速率又能增大TiCl4的平衡转化率是________(填字母)。
A 缩小容器容积             B 加入催化剂
C 分离出部分TiO2 D 增大O2浓度
②t℃时,向10L恒容密闭容器中充入3molTiCl4和一定量O2的混合气体,发生反应Ⅰ,两种气体的平衡转化率(α)与起始的物质的量之比[    ]的关系如图所示:能表示TiCl4平衡转化率的曲线为 ________ (填“L1”或“L2”);M点的坐标为   ________
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【推荐2】)常温下钛的化学活性很小,在较高温度下可与多种物质反应。
(1)工业上由金红石(含TiO2大于96%)为原料生产钛的流程如下:
   
① 沸腾氯化炉中发生的主要反应为:_____________
② 已知:Ti (s)+2Cl2(g)=TiCl4(l) △H=akJ/mol;
2Na(s)+Cl2(g)=2NaCl(s) △H=bkJ/mol;
Na(s) = Na (l) △H=ckJ/mol
则TiCl4(l)+4Na(l)=Ti(s)+4NaCl(s) △H=________kJ/mol
③ TiCl4遇水强烈水解,写出其水解的化学方程式________
(2)TiO2直接电解法生产钛是一种较先进的方法,电解质为熔融的氯化钙,原理如图所示。二氧化钛电极连接电源_____极,该极电极反应为__________
   
(3)若以二甲醚(CH3OCH3)、空气、氢氧化钾溶液为原料,多孔石墨为电极构成的燃料电池提供上述电解的电源,则该电池工作时负极的电极反应式为____________
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【推荐3】二氧化碳的回收利用是环保和能源领域研究的热点课题。
(1)新的研究表明,利用太阳能可以将CO2分解制取炭黑,其原理如下图所示。该过程的能量转化形式为___________________,在整个过程中,FeO的作用是___________。 

已知:
①2Fe3O4(s)6FeO(s)+O2(g) ΔH=a kJ·mol-1
②C(s)+O2(g)CO2(g)       ΔH=b kJ·mol-1
则过程2的热化学方程式为__________________________________________。 
(2)一定温度下,在密闭容器中进行反应CO2(g)+CH4(g)2CO(g)+2H2(g) ΔH>0,下列说法正确的是____(填字母)。 
A. 当混合气体的平均相对分子质量不变时,反应达到平衡状态
B. 升高温度,加快反应速率,CO2的转化率降低
C. 增大CO2的浓度,平衡向正反应方向移动,平衡常数增大
D. 平衡时CO、H2的体积分数不一定相等
(3)在2 L恒容密闭容器中充入2 mol CO2n mol H2,在一定条件下发生反应CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g),CO2的转化率与温度、投料比X=的关系如下图所示。

①若从反应开始到A点需要10 s,则v(H2)=________。 
②该反应的平衡常数表达式为________,若X1=3,则B点的K=___________。 
③根据图象判断X1 ____X2 (填“>”、“<”或“=”,下同),平衡常数KA _______KB。 
④若在500 K时,按X1投料,在恒压下进行,达到平衡状态,此时CO2的转化率____(填“>”、“<”或“=”)75%。
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