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题型:解答题-原理综合题 难度:0.4 引用次数:389 题号:19415794
2030年实现“碳达峰”,2060年达到“碳中和”的承诺,体现了我国的大国风范。二氧化碳催化加氢制甲醇,有利于减少温室气体二氧化碳。回答下列问题:
二氧化碳加氢制甲醇涉及的反应可表示为:
   
   
   
(1)根据上述反应求:④___________
(2)我国学者结合实验与计算机模拟结果,研究了在金催化剂表面上反应④的反应历程,如图所示,其中吸附在金催化剂表面上的物种用*标注。
   
写出该历程中决速步骤的化学方程式:________
(3)一体积可变的密闭容器中,在保持a MPa下,按照投料,平衡时,CO和CH3OH在含碳产物中物质的量分数及CO2的转化率随温度的变化如图所示:
   
①图中m曲线代表的物质为________
②下列说法正确的是________(填标号)。
A.180~380℃范围内,H2的平衡转化率始终低于CO2
B.温度越高,越有利于工业生产CH3OH
C.一定时间内反应,加入选择性高的催化剂,可提高CH3OH的产率
D.150~400℃范围内,随着温度的升高,CO2的反应速率先减小后增大
③已知气体分压=气体总压×气体的物质的量分数,用平衡分压代替平衡浓度可以得到平衡常数,270℃时反应①的分压平衡常数为________(保留2位有效数字)。
(4)在一定条件下,密闭容器中加入一定量的CO、H2O(g)和催化剂仅发生反应,其速率方程为,其中为正、逆反应速率,分别为速率常数,p为气体的分压。已知降低温度时,增大,调整CO和H2O初始投料比,测得CO的平衡转化率如图,A、B、C、D四点中温度由高到低的顺序是________,在C点所示投料比下,当CO转化率达到40%时,________
   

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【推荐1】甲醛常温下为气态,易液化,极易溶于水,是一种重要的化工原料。生产甲醛的原料是甲醇或甲烷。
(1)已知:i.CH3OH(g)HCHO(g)+H2(g)ΔH=+85.7kJ/mol;
ii.H2(g)+O2(g)=H2O(g)ΔH=-241.83kJ/mol。
则CH3OH(g)+O2(g)HCHO(g)+H2O(g)ΔH=_______kJ/mol。
(2)甲烷氧化制备甲醛的反应为CH4(g)+O2(g)HCHO(g)+H2O(g)ΔH<0,该反应的速率方程可表示为:v=kpm(CH4)pn(O2),一定条件下测得甲烷和氧气分压对反应速率的影响如图甲、乙所示,则m=_______,n=_______

(3)甲烷氧化制备甲醛的副产物主要有CO、CO2,反应过程包含6部反应,如下图所示。

反应过程中并未检测到甲醇的存在,说明决定主反应速率的关键步骤是第_______步。
(4)在一定容积的密闭容器中加入某催化剂,按物质的量之比1:1投入甲烷和氧气,分别于不同温度下反应相同时间,测得甲醛、CO的选择性及甲烷的转化率随温度的变化情况如下图所示。

①低于650℃时,随着温度的升高,甲烷的转化率增大的原因是_______
②假定650℃时恰好为平衡状态,容器内总压强为pkpa,容器内含碳微粒只有CH4、CO、CO2、HCHO,则该温度下甲醛的平衡产率为_______;CH4(g)+O2(g)=HCHO(g)+H2O(g)的平衡常数Kp=_______(用平衡分压表示)。
③提出一条能提高甲醛产率的措施:_______
2022-11-18更新 | 123次组卷
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【推荐2】二氧化碳的有效回收利用,既能缓解能源危机,又可减少温室效应的影响,具有解决能源问题及环保问题的双重意义。Zn/ZnO热化学循环还原CO2制CO的原理如下图所示,回答下列问题:
   
(1)①从循环结果看,能量转化的主要方式是______________
②反应2CO2(g)=2CO(g)+O2(g) H=_________kJ/mol。
③Zn/ZnO在反应中循环使用,其作用是__________________
(2)二甲醚是主要的有机物中间体,在一定条件下利用CO2与H2可直接合成二甲醚:2CO2(g) +6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g) , =3时,实验测得CO2的平衡转化率随温度及压强变化如下图所示。
①该反应的H =______0(填“>”或“<”)。
②图中压强(P)由大到小的顺序是__________________
③若在1L密闭容器中充入0.2molCO2和0.6molH2,CO2的平衡转化率对应下图中A点,则在此温度,该反应的化学平衡常数是___________(保留整数)。
④合成二甲醚过程中往往会生成一氧化碳,合成时选用硅铝化合物做催化剂,硅铝比不同时,生成二甲醚或一氧化碳的物质的量分数不同。硅铝比与产物选择性如下图所示。图中A点和B点的化学平衡常数比较:KA____KB(填“>、<、=”)。根据以上两条曲线,写出其中一条变化规律:_______________________
   
   
⑤上图是使用不同硅铝比化合物做催化剂制备二甲醚的能量变化示意图,其中正确且最佳的是__________
2019-04-03更新 | 468次组卷
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【推荐3】研究表明:丰富的CO2可以作为新碳源,解决当前应用最广泛的碳源(石油和天然气)枯竭危机,同时又可缓解由CO2累积所产生的温室效应,实现CO2的良性循环。
(1)目前工业上有一种方法是用CO2加氢合成低碳烯烃。现以合成乙烯(C2H4)为例、该过程分两步进行:
第一步:CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) H =+41.3kJ·mol-1
第二步:2CO(g)+4H2(g) C2H4(g)+2H2O(g) H =-210.5kJ·mol-1
①CO2加氢合成乙烯的热化学方程式为_______
②一定条件下的密闭容器中,上述反应达到平衡后,要加快反应速率并提高CO2的转化率,可以采取的措施是_______(填字母)。
A.减小压强          B.增大H2浓度        C.加入适当催化剂       D.分离出水蒸气
(2)另一种方法是将CO2和H2在230℃催化剂条件下生成甲醇蒸气和水蒸气。现在10L恒容密闭容器中投入1molCO2和2.75molH2,发生反应:CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)。在不同条件下测得平衡时甲醇的物质的量随温度、压强的变化如图所示:

①能判断该反应达到化学平衡状态的是_______(填字母)。
a.c(H2):c(CH3OH)=3:1                  
b.容器内氢气的体积分数不再改变
c.容器内气体的密度不再改变       
d.容器内压强不再改变
②上述反应的H_______0(填“>”或“<”),图中压强p1_______p2(填“>”或“<”)。
③经测定知Q点时容器的压强是反应前压强的,则Q点H2的转化率为_______
④N点时,该反应的平衡常数K=_______(计算结果保留两位小数)。
2022-03-14更新 | 74次组卷
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