党的二十大报告中指出:积极稳妥推进碳达峰碳中和,立足我国能源资源禀赋,坚持先立后破,有计划分步骤实施碳达峰行动。因此CO2的捕集和利用成了研究的重点。
(1)一种从空气中捕获CO2的转化原理如图所示。
已知图中涉及的四步反应中,△H1=-193.7kJ•mol-1、△H3=+179.2kJ•mol-1、△H4=-64.5kJ•mol-1,则△H2=_____ kJ•mol-1。(四步反应中相同物质的状态相同)
(2)CH4-CO2催化重整对温室气体的减排具有重要意义。T1℃时,在体积为10L的恒温恒容的密闭容器中充入等物质的量的CH4(g)和CO2(g),同时进行反应:
I.CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g) △H=+246.9kJ•mol-1;
II.CO(g)+3H2(g)CH4(g)+H2O(g) △H=-205.7kJ•mol-1。
体系中各组分的物质的量随时间的变化如图所示,H2O(g)的物质的量变化情况如曲线D所示。
①图中表示两种组分的是曲线_____ (填标号),曲线B表示的物质为_____ (填化学式)。
②CH4-CO2催化重整的目的主要是获得更多的合成气(CO和H2),则反应I更适宜的条件是_____ (填标号)。
A.高温、高压 B.高温、低压 C.低温、高压 D.低温、低压
③T1℃时,用CH4表示从开始到5min时的平均反应速率v(CH4)=_____ mol•L-1•min-1。反应I的平衡常数K=_____ 。
(3)利用固体氧化物电解池可将CO2和H2O转化为合成气并生产高纯度O2,原理如图3所示。a极为_____ (填“阴极”或“阳极”),写出b极上参加反应的CO2和H2O(物质的量比1:1)发生的电极反应:_____ 。
(1)一种从空气中捕获CO2的转化原理如图所示。
已知图中涉及的四步反应中,△H1=-193.7kJ•mol-1、△H3=+179.2kJ•mol-1、△H4=-64.5kJ•mol-1,则△H2=
(2)CH4-CO2催化重整对温室气体的减排具有重要意义。T1℃时,在体积为10L的恒温恒容的密闭容器中充入等物质的量的CH4(g)和CO2(g),同时进行反应:
I.CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g) △H=+246.9kJ•mol-1;
II.CO(g)+3H2(g)CH4(g)+H2O(g) △H=-205.7kJ•mol-1。
体系中各组分的物质的量随时间的变化如图所示,H2O(g)的物质的量变化情况如曲线D所示。
①图中表示两种组分的是曲线
②CH4-CO2催化重整的目的主要是获得更多的合成气(CO和H2),则反应I更适宜的条件是
A.高温、高压 B.高温、低压 C.低温、高压 D.低温、低压
③T1℃时,用CH4表示从开始到5min时的平均反应速率v(CH4)=
(3)利用固体氧化物电解池可将CO2和H2O转化为合成气并生产高纯度O2,原理如图3所示。a极为
更新时间:2023-05-25 15:01:51
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【推荐1】能源危机是当前全球性的问题,“开源节流”是应对能源危机的重要举措。
(1)下列做法有助于能源“开源节流”的是_______ (填序号)。
a.大力发展农村沼气,将废弃的秸秆转化为清洁高效的能源
b.大力开采煤、石油和天然气以满足人们日益增长的能源需求
c.开发太阳能、水能、风能、地热能等新能源,减少使用煤、石油等化石燃料
d.减少资源消耗,增加资源的重复使用、资源的循环再生
(2)金刚石和石墨均为碳的同素异形体,它们在氧气不足时燃烧生成一氧化碳,氧气充足时燃烧生成二氧化碳,反应中放出的热量如图所示。
①在通常状况下,_______ (填“金刚石”或“石墨”)更稳定,石墨的燃烧热为_______ 。
②12 g石墨在24 g氧气中燃烧,生成气体36 g,该过程放出的热量为_______ 。
(3)已知:N2、O2分子中化学键的键能分别是946 kJ·mol-1、497 kJ·mol-1
N2(g)+O2(g)=2NO(g) ΔH=+180.0 kJ·mol-1。
NO分子中化学键的键能为_______ kJ·mol-1。
(4)综合上述有关信息,请写出CO和NO反应的热化学方程式:_______ 。
(1)下列做法有助于能源“开源节流”的是
a.大力发展农村沼气,将废弃的秸秆转化为清洁高效的能源
b.大力开采煤、石油和天然气以满足人们日益增长的能源需求
c.开发太阳能、水能、风能、地热能等新能源,减少使用煤、石油等化石燃料
d.减少资源消耗,增加资源的重复使用、资源的循环再生
(2)金刚石和石墨均为碳的同素异形体,它们在氧气不足时燃烧生成一氧化碳,氧气充足时燃烧生成二氧化碳,反应中放出的热量如图所示。
①在通常状况下,
②12 g石墨在24 g氧气中燃烧,生成气体36 g,该过程放出的热量为
(3)已知:N2、O2分子中化学键的键能分别是946 kJ·mol-1、497 kJ·mol-1
N2(g)+O2(g)=2NO(g) ΔH=+180.0 kJ·mol-1。
NO分子中化学键的键能为
(4)综合上述有关信息,请写出CO和NO反应的热化学方程式:
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【推荐2】氮的氧化物是造成大气污染的主要物质,研究氮氧化物间的相互转化及脱除具有重要意义。
I.氧化物间的相互转化
(1)已知2NO(g)+O2(g)⇌2NO2(g)的反应历程分两步:
第一步2NO(g)⇌N2O2(g)(快速平衡)
第二步N2O2(g)+O2(g)⇌2NO2(g)(慢反应)
①用O2表示的速率方程为v(O2)=k1·c2(NO)·c(O2);用NO表示的速率方程为v(NO)=k2·c2(NO)·c(O2),k1与k2分别表示速率常数,则K1/K2=______ 。
②下列关于反应2NO(g)+O2(g)⇌2NO2(g)的说法正确的是______ (填序号)。
A.增大压强,反应速率常数一定增大
B.第一步反应的活化能小于第二步反应的活化能
C.反应的总活化能一定等于第一步和第二步反应的活化能之和
(2)2NO2(g)⇌N2O4(g) (△H<0),用分压(某组分的分压等于总压与其物质的量分数的积)表示的平衡常数KP与1/T (T为温度)的关系如图。
①能正确表示lgKP与1/T关系的曲线是______ (填“a”或“b”)。
②298K时,在体积固定的密闭容器中充入一定量的NO2,达平衡时NO2的转化率为35%,NO2的分压为100kPa,则平衡时Kp=______ kPa-1(保留2位有效数字)。
II.气中氮氧化物的脱除
(3)以NH3为还原剂在脱硝装置中消除烟气中的氮氧化物。
主反应:4NH3(g)+4NO(g)+O2(g)=4N2(g)+6H2O(g) △H1
副反应:4NH3(g)+3O2(g)=2N2(g)+6H2O(g) △H2=-1267.1kJ/mol
4NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H2O(g) △H3=-907.3kJ/mol
△H1=______ 。
(4)以连二亚硫酸盐()为还原剂脱除烟气中的NO,并通过电解再生,装置如图。
阴极的电极反应式为______ ,电解槽中的隔膜为______ (填“阳”或“阴”)离子交换膜。
I.氧化物间的相互转化
(1)已知2NO(g)+O2(g)⇌2NO2(g)的反应历程分两步:
第一步2NO(g)⇌N2O2(g)(快速平衡)
第二步N2O2(g)+O2(g)⇌2NO2(g)(慢反应)
①用O2表示的速率方程为v(O2)=k1·c2(NO)·c(O2);用NO表示的速率方程为v(NO)=k2·c2(NO)·c(O2),k1与k2分别表示速率常数,则K1/K2=
②下列关于反应2NO(g)+O2(g)⇌2NO2(g)的说法正确的是
A.增大压强,反应速率常数一定增大
B.第一步反应的活化能小于第二步反应的活化能
C.反应的总活化能一定等于第一步和第二步反应的活化能之和
(2)2NO2(g)⇌N2O4(g) (△H<0),用分压(某组分的分压等于总压与其物质的量分数的积)表示的平衡常数KP与1/T (T为温度)的关系如图。
①能正确表示lgKP与1/T关系的曲线是
②298K时,在体积固定的密闭容器中充入一定量的NO2,达平衡时NO2的转化率为35%,NO2的分压为100kPa,则平衡时Kp=
II.气中氮氧化物的脱除
(3)以NH3为还原剂在脱硝装置中消除烟气中的氮氧化物。
主反应:4NH3(g)+4NO(g)+O2(g)=4N2(g)+6H2O(g) △H1
副反应:4NH3(g)+3O2(g)=2N2(g)+6H2O(g) △H2=-1267.1kJ/mol
4NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H2O(g) △H3=-907.3kJ/mol
△H1=
(4)以连二亚硫酸盐()为还原剂脱除烟气中的NO,并通过电解再生,装置如图。
阴极的电极反应式为
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【推荐3】为实现“碳达峰”、“碳中和”目标,可将CO2催化加氢制甲醇。该反应体系中涉及以下两个主要反应:
反应Ⅰ: CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1=−49 kJ·mol−1
反应Ⅱ: CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH2=+41 kJ·mol−1
(1)反应CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)的反应热ΔH3=_______ 。
(2)不同条件下,相同的时间段内CH3OH的选择性和产率随温度的变化如图。
CH3OH的选择性= 100%
①由图可知,合成甲醇的适宜条件为_______ (填标号)
A.CZT催化剂 B.CZ(Zr−1)T 催化剂 C.230℃ D.290℃
②在230℃以上,升高温度,CO2的平衡转化率增大,但甲醇的产率降低,原因是_______ 。
(3)恒温恒压密闭容器中,加入2 mol CO2和4 mol H2,发生反应Ⅰ和反应Ⅱ,反应达平衡时,CO2的转化率为50%,气体体积减小10%,则在达到平衡时,CH3OH的选择性=_______ ,反应Ⅱ的平衡常数K=_______ 。
(4)利用电催化可将CO2同时转化为多种燃料,装置如图:
①铜电极上产生HCOOH的电极反应式为_______ 。
②若铜电极上只生成5.6 g CO,则铜极区溶液质量变化了_______ g。
反应Ⅰ: CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1=−49 kJ·mol−1
反应Ⅱ: CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH2=+41 kJ·mol−1
(1)反应CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)的反应热ΔH3=
(2)不同条件下,相同的时间段内CH3OH的选择性和产率随温度的变化如图。
CH3OH的选择性= 100%
①由图可知,合成甲醇的适宜条件为
A.CZT催化剂 B.CZ(Zr−1)T 催化剂 C.230℃ D.290℃
②在230℃以上,升高温度,CO2的平衡转化率增大,但甲醇的产率降低,原因是
(3)恒温恒压密闭容器中,加入2 mol CO2和4 mol H2,发生反应Ⅰ和反应Ⅱ,反应达平衡时,CO2的转化率为50%,气体体积减小10%,则在达到平衡时,CH3OH的选择性=
(4)利用电催化可将CO2同时转化为多种燃料,装置如图:
①铜电极上产生HCOOH的电极反应式为
②若铜电极上只生成5.6 g CO,则铜极区溶液质量变化了
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【推荐1】某兴趣小组了解到空气燃料实验系统可利用二氧化碳和水直接合成甲醇,结合新闻信息他们推测其工作时反应原理如下:
I.CO2(g)+H2O(l)⇌CO(g)+H2(g)+O2(g) ∆H=+akJ·mol-1
II.CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g) ∆H=-bkJ·mol-1
已知:2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) ∆H=-ckJ·mol-1
(1)2CO2(g)+4H2O(l)=2CH3OH(g)+3O2(g)的∆H为___________ kJ·mol-1
(2)其他条件不变,CO2平衡转化率与温度的关系如下图所示,T1之前CO2平衡转化率随温度升高而增大的原因是___________
(3)T℃时,在体积为2L的密闭容器中加入2molCO和1molH2发生反应,经5min达到平衡,此时H2的浓度为0.1mol·L-1。回答下列问题:
①下列叙述能判断反应达到平衡的是___________ (填正确答案标号);
A.v正(CO)=2v逆(H2)
B.消耗0.1molCO的同时消耗0.1mol的甲醇
C.CO转化率不再变化
D.混合气体的密度不再变化
②0~5min内用CO表示的反应速率为___________ ,反应的平衡常数K=___________ ;
③T℃时,向容器中再加入2molCO和1molH2,重新达到平衡时CO的浓度___________ (填“大于”“小于”或“等于”)原平衡的2倍。
(4)利用原电池原理同样可以处理CO2变废为宝,下图是“Na-CO2”电池工作原理,吸收的CO2都转化为固体沉积物,其中有二转化为Na2CO3固体,电池正极的电极反应式为___________ 。
I.CO2(g)+H2O(l)⇌CO(g)+H2(g)+O2(g) ∆H=+akJ·mol-1
II.CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g) ∆H=-bkJ·mol-1
已知:2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) ∆H=-ckJ·mol-1
(1)2CO2(g)+4H2O(l)=2CH3OH(g)+3O2(g)的∆H为
(2)其他条件不变,CO2平衡转化率与温度的关系如下图所示,T1之前CO2平衡转化率随温度升高而增大的原因是
(3)T℃时,在体积为2L的密闭容器中加入2molCO和1molH2发生反应,经5min达到平衡,此时H2的浓度为0.1mol·L-1。回答下列问题:
①下列叙述能判断反应达到平衡的是
A.v正(CO)=2v逆(H2)
B.消耗0.1molCO的同时消耗0.1mol的甲醇
C.CO转化率不再变化
D.混合气体的密度不再变化
②0~5min内用CO表示的反应速率为
③T℃时,向容器中再加入2molCO和1molH2,重新达到平衡时CO的浓度
(4)利用原电池原理同样可以处理CO2变废为宝,下图是“Na-CO2”电池工作原理,吸收的CO2都转化为固体沉积物,其中有二转化为Na2CO3固体,电池正极的电极反应式为
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解题方法
【推荐2】能源问题是人类社会面临的重大课题,甲醇是重要的绿色能源之一。
(1)目前工业上有一种方法是用CO2生产燃料甲醇,其原理是。
①恒容容器中,能增大该反应的化学反应速率的是______ 。(填字母序号,下同)
a.升高温度 b.移走CH3OH c.增大压强 d.向系统中充入
②在相同温度、恒容的条件下,能说明该反应已达平衡状态的是_______ 。
a.、、、的浓度均不再变化
b.
c.容器中混合气体的密度保持不变
d.
e.体系压强不变
(2)和也可合成甲醇,其原理是。
①向体积为的密闭容器中充入1molCO和2molH2,平衡时CO的转化率与温度、压强的关系如图所示。该反应属于______ 反应(填“吸热”或“放热”);p1与p2的大小关系:p1____ p2 (填“>”“<”或“=”)。
②在体积为的密闭容器中,投入一定量的CO和H2,各物质的物质的量浓度随时间的变化如下表所示,5min时,该反应达到化学平衡状态。
若时只改变某一条件,则所改变的条件是_______ ;此温度下的化学平衡常数K=______ (保留一位小数);10min时____ (填“>”“<”或“=”)。
(1)目前工业上有一种方法是用CO2生产燃料甲醇,其原理是。
①恒容容器中,能增大该反应的化学反应速率的是
a.升高温度 b.移走CH3OH c.增大压强 d.向系统中充入
②在相同温度、恒容的条件下,能说明该反应已达平衡状态的是
a.、、、的浓度均不再变化
b.
c.容器中混合气体的密度保持不变
d.
e.体系压强不变
(2)和也可合成甲醇,其原理是。
①向体积为的密闭容器中充入1molCO和2molH2,平衡时CO的转化率与温度、压强的关系如图所示。该反应属于
②在体积为的密闭容器中,投入一定量的CO和H2,各物质的物质的量浓度随时间的变化如下表所示,5min时,该反应达到化学平衡状态。
时间/min 浓度/(mol·L-1) 物质 | 2 | 5 | 10 |
0.07 | 0.06 | 0.05 | |
0.14 | 0.12 | 0.20 | |
0.03 | 0.04 | 0.05 |
若时只改变某一条件,则所改变的条件是
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解题方法
【推荐3】液氨作为一种潜在的汽车燃料已受到人们的普遍重视。它在安全性、价格等方面比化石燃料和氢燃料有着较大的优势,氨的燃烧实验涉及下列两个反应:
①
②
(1)反应的_____________ (用含有、的式子表示)。
(2)若,则________ (用A表示)。
(3)向容积为的恒容密闭容器中投入和,在一定条件下发生反应,仅改变温度测得平衡时的数据如表所示:
已知:断裂和中的化学键消耗的总能量小于断裂中的化学键消耗的能量。
①则______ (填“>”“<”或“=”)。
②在下,经过达到化学平衡状态,则内,的平均反应速率______ ,平衡时的转化率________ 。
③下列图象分别代表焓变()、混合气体的平均摩尔质量()、的体积分数和混合气体的密度()与反应时间的关系,其中正确且能表明该可逆反应达到平衡状态的是_______ (填标号)。
A. B. C. D.
①
②
(1)反应的
(2)若,则
(3)向容积为的恒容密闭容器中投入和,在一定条件下发生反应,仅改变温度测得平衡时的数据如表所示:
温度/K | 平衡时的物质的量/ |
2.4 | |
2.0 |
已知:断裂和中的化学键消耗的总能量小于断裂中的化学键消耗的能量。
①则
②在下,经过达到化学平衡状态,则内,的平均反应速率
③下列图象分别代表焓变()、混合气体的平均摩尔质量()、的体积分数和混合气体的密度()与反应时间的关系,其中正确且能表明该可逆反应达到平衡状态的是
A. B. C. D.
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【推荐1】天然气在生产、生活中具有广泛的应用。
(1)CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g) △H="-162" kJ·mol-1。其他条件相同,实验测得在T1和Pl与T2和P2条件下该反应的H2平衡转化率相同,若T1> T2、则Pl____ P2 (填“>”“<”或“=”),平衡常数K1______ K2(填“>” “<”或“=”)。
(2)另一合成CH4的原理:CO(g)+3H2(g)CH4(g)+H2O(g)。某温度时将0.1molCO和0.3mol H2充入10L的密闭容器内,l0min时达平衡。测得10min内v(CO)= 0.0009mol·L-1·min-1,则H2的平衡转化率为______ ,该温度下反应的平衡常数为___________ mol-2·L2。
(3)某实验小组依据甲烷燃烧的反应原理,设计如图所示的装置。已知甲池的总反应式为CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O,乙池中盛有1L lmol·L-1CuSO4溶液。a电极通入的气体为CH4,其电极反应式是______ ,b电极的现象为______ 。一段时间内乙池中溶液的pH由2变为1,则在这段时间内转移电子的物质的量为________ mol。
(1)CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g) △H="-162" kJ·mol-1。其他条件相同,实验测得在T1和Pl与T2和P2条件下该反应的H2平衡转化率相同,若T1> T2、则Pl
(2)另一合成CH4的原理:CO(g)+3H2(g)CH4(g)+H2O(g)。某温度时将0.1molCO和0.3mol H2充入10L的密闭容器内,l0min时达平衡。测得10min内v(CO)= 0.0009mol·L-1·min-1,则H2的平衡转化率为
(3)某实验小组依据甲烷燃烧的反应原理,设计如图所示的装置。已知甲池的总反应式为CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O,乙池中盛有1L lmol·L-1CuSO4溶液。a电极通入的气体为CH4,其电极反应式是
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【推荐2】Ⅰ.选择合适的图象,用字母填空:
(1)将等质量的两份锌粉a、b分别加入过量的稀硫酸中,同时向a中加入少量的CuSO4溶液,产生H2的体积V(L)与时间t(min)的关系的图象是_______ 。
(2)将(1)中的CuSO4溶液改成CH3COONa溶液,其他条件不变,则图象是_______ 。
Ⅱ.Na2FeO4是一种既能杀菌、消毒,又能絮凝净水的高效水处理剂,其电解制法如下图所示。电解过程中,两极均有气体产生,Y极区域溶液逐渐变成紫红色;停止实验,铁电极明显变细,电解液仍澄清。查阅资料得知,高铁酸根离子(FeO42-)在溶液中呈紫红色。
(3)电解过程中,X极区溶液的pH______ (填“增大”“减小”或“不变”)。
(4)电解过程中,Y极发生的电极反应为___________ 和_____________ 。
(5)若在X极收集到672 mL气体,在Y极收集到168 mL气体(均已折算为标准状况时气体体积),则Y电极(铁电极)质量减少__________ g。
(6)在碱性锌电池中,用高铁酸钾作为正极材料,电池反应为2K2FeO4+3Zn===Fe2O3+ZnO+2K2ZnO2。该电池正极的电极反应式为______________________ 。
(1)将等质量的两份锌粉a、b分别加入过量的稀硫酸中,同时向a中加入少量的CuSO4溶液,产生H2的体积V(L)与时间t(min)的关系的图象是
(2)将(1)中的CuSO4溶液改成CH3COONa溶液,其他条件不变,则图象是
Ⅱ.Na2FeO4是一种既能杀菌、消毒,又能絮凝净水的高效水处理剂,其电解制法如下图所示。电解过程中,两极均有气体产生,Y极区域溶液逐渐变成紫红色;停止实验,铁电极明显变细,电解液仍澄清。查阅资料得知,高铁酸根离子(FeO42-)在溶液中呈紫红色。
(3)电解过程中,X极区溶液的pH
(4)电解过程中,Y极发生的电极反应为
(5)若在X极收集到672 mL气体,在Y极收集到168 mL气体(均已折算为标准状况时气体体积),则Y电极(铁电极)质量减少
(6)在碱性锌电池中,用高铁酸钾作为正极材料,电池反应为2K2FeO4+3Zn===Fe2O3+ZnO+2K2ZnO2。该电池正极的电极反应式为
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【推荐3】甲醇(CH3OH)是重要的化工原料。回答下列问题:
I.制备甲醇有Ag3PO4光催化CO2转化法、水煤气合成法和CuO-ZnO催化CO2氢化法。
(1)Ag3PO4光催化CO2转化法制甲醇的总反应是:2CO2+4H2O2CH3OH+3O2,Ag3PO4光催化机理如下,请写出步骤b的方程式。
a.Ag3PO4[Ag3PO4]⊕+e-
b._______
c.CO2+6H++6e-=CH3OH+H2O
(2)水煤气合成法。制备甲醇的主要反应为CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g)。ΔH=-90.8kJ/mol,原料气加工过程中常常混有一定量CO2,为了研究不同温度下CO2对该反应的影响,以CO2、CO、H2的混合气体为原料在一定条件下进行试验,结果表明,原料气各组分含量不同时,反应生成甲醇和副产物甲烷的碳转化率是不同的。实验数据如下表所示。
一定条件下,反应温度越高,生成甲醇反应的碳转化率_______ (填“增大”、“减小”、“不变”或“无法判断”)。结合表中数据分析250℃下,CO2对甲醇合成的影响是________ 。
(3)CuO-ZnO催化CO2、H2合成甲醇涉及的反应如下:
反应I:CO2(g)+H2(g)⇌CO(g)+H2O(g) ΔH1>0
反应II:CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g) ΔH2<0
反应III:2CH3OH(g)⇌CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH3<0
①一定条件下,在恒容密闭容器中按=3投料进行上述反应,CO2的平衡转化率及CO、CH3OCH3、CH3OH的平衡体积分数随温度变化如图所示。图中曲线X表示_______ 的平衡体积分数随温度的变化,温度从453K上升至533K,CO2的平衡转化率变化的原因是_______ 。
②温度为T℃时,在恒容密闭容器中,充入一定量的CO2和H2,发生反应I、II。起始及平衡时容器内各气体的物质的量如下表所示:。
经测定,达到平衡时容器内总压为pkPa,是起始时的5/6,则n1=_______ ;若此时n2=3,则反应II的平衡常数Kp=________ (用含p的式子表示)。
II.一种以甲醇为原料,利用SnO2(mSnO2/CC)和CuO纳米片(CuONS/CF)作催化电极,制备甲酸(甲酸盐)的电化学装置的工作原理如图所示。
(4)①直流电源的正极为_______ (填“a”或“b”),电解过程中阴极上发生反应的电极反应式为_______ 。
②若有1molH+通过质子交换膜时,则该装置生成HCOO-和HCOOH共计_______ mol。
I.制备甲醇有Ag3PO4光催化CO2转化法、水煤气合成法和CuO-ZnO催化CO2氢化法。
(1)Ag3PO4光催化CO2转化法制甲醇的总反应是:2CO2+4H2O2CH3OH+3O2,Ag3PO4光催化机理如下,请写出步骤b的方程式。
a.Ag3PO4[Ag3PO4]⊕+e-
b.
c.CO2+6H++6e-=CH3OH+H2O
(2)水煤气合成法。制备甲醇的主要反应为CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g)。ΔH=-90.8kJ/mol,原料气加工过程中常常混有一定量CO2,为了研究不同温度下CO2对该反应的影响,以CO2、CO、H2的混合气体为原料在一定条件下进行试验,结果表明,原料气各组分含量不同时,反应生成甲醇和副产物甲烷的碳转化率是不同的。实验数据如下表所示。
φ(CO2)-φ(CO)-φ(H2)/% | 0-30-70 | 4-26-70 | 8-22-70 | 20-10-70 | |||||||||
反应温度/℃ | 225 | 235 | 250 | 225 | 235 | 250 | 225 | 235 | 250 | 225 | 235 | 250 | |
碳转化率/% | CH3OH | 4.9 | 8.8 | 11.0 | 19.0 | 33.1 | 56.5 | 17.7. | 33.4 | 54.4 | 8.0 | 12.0 | 22.6 |
CH4 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 2.8 | 2.8 | 2.8 |
一定条件下,反应温度越高,生成甲醇反应的碳转化率
(3)CuO-ZnO催化CO2、H2合成甲醇涉及的反应如下:
反应I:CO2(g)+H2(g)⇌CO(g)+H2O(g) ΔH1>0
反应II:CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g) ΔH2<0
反应III:2CH3OH(g)⇌CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH3<0
①一定条件下,在恒容密闭容器中按=3投料进行上述反应,CO2的平衡转化率及CO、CH3OCH3、CH3OH的平衡体积分数随温度变化如图所示。图中曲线X表示
②温度为T℃时,在恒容密闭容器中,充入一定量的CO2和H2,发生反应I、II。起始及平衡时容器内各气体的物质的量如下表所示:。
CO2 | H2 | CH3OH | CO | H2O | |
起始量/mol | 5 | 7 | 0 | 0 | 0 |
平衡量/mol | n1 | n2 |
经测定,达到平衡时容器内总压为pkPa,是起始时的5/6,则n1=
II.一种以甲醇为原料,利用SnO2(mSnO2/CC)和CuO纳米片(CuONS/CF)作催化电极,制备甲酸(甲酸盐)的电化学装置的工作原理如图所示。
(4)①直流电源的正极为
②若有1molH+通过质子交换膜时,则该装置生成HCOO-和HCOOH共计
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