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题型:解答题-原理综合题 难度:0.4 引用次数:41 题号:21632783
2022年中国航天在诸多领域实现重大突破。空间站一种处理的重要方法是对进行收集和再生处理,重新生成可供人体呼吸的氧气。部分技术路线可分为:

(1)CO2的富集:在水蒸气存在下固态胺吸收CO2反应生成酸式碳酸盐(该反应是放热反应),再解吸出CO2的简单方法是_______
(2)Sabatier反应
已知:H2(g)、CH4(g)的燃烧热分别为285.8kJ•mol1、890.3kJ•mol1,H2O(l)=H2O(g) ΔH = +44kJ•mol1
①则反应Ⅰ:CO2(g) +4H2(g) CH4(g) +2H2O(g) 的ΔH =_____kJ•mol1
②科学家研究Sabatier反应,部分历程如图所示,吸附在催化剂表面上的物种用“·”标注,Ts表示过渡态。下列说法中错误的是_______

A.第一步历程中发生了共价键的断裂和形成
B.该转化反应的速率取决于Ts1的能垒
C.·HOCO转化为·CO和·OH的反应ΔH<0
D.催化剂能降低反应的活化能,提高反应物的平衡转化率
③空间站的反应器内,通常采用反应器前段加热,后段冷却的方法以提高CO2的转化效率,原因是_______
④在CO2催化加氢制甲烷过程中存在竞争性的反应Ⅱ:CO2(g)+ H2(g)CO(g)+ H2O(g),一定温度下,向10L恒容密闭容器中充入1mol CO2和1mol H2,发生反应Ⅰ和反应Ⅱ,5min末达到平衡时测得CO2的转化率为50%,CH4与CO的分压之比为1∶4,H2O(g)的分压为p0.则0~5min内,平均反应速率v(H2)= ______mol•L1•min1;反应Ⅱ的平衡常数Kp=______(Kp是用分压表示的平衡常数,用各组分的分压代替浓度)。

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【推荐1】烯烃催化裂解是制备短链烯烃的重要途径。研究表明,1-丁烯[CH3CH2CH=CH2(g)]催化裂解时,发生两个平行竞争反应生成丙烯和乙烯,两反应的热化学方程式为:
①3CH3CH2CH=CH2(g)4CH3CH=CH2(g)   H=+579 kJ·mol1
②CH3CH2CH=CH2(g)2CH2=CH2(g)   H=+283 kJ·mol1
回答下列问题:
(1)若1-丁烯的燃烧热为2539 kJ·mol1,则表示乙烯燃烧热的热化学方程式为____;1-丁烯转化为丙烯反应的化学平衡常数表达式为_____
(2)有利于提高1-丁烯平衡转化率的措施有_______
(3)550℃和0.02~0.5 MPa下,①②两个反应均建立平衡,测得平衡混合物里各组分的质量分数随压强变化的曲线如下图所示。由图可知,1-丁烯的质量分数随压强的增大而增大,主要原因是______

(4)在1-丁烯裂解的实际生产中,为了提高产物中丙烯的含量,除了选择合适的温度和压强之外,还有一条关键措施是_____。0.1 MPa和300~700℃下,1-丁烯裂解产物中各组分比例变化的曲线如下图所示。由图可知,生产过程中提高丙烯质量分数的最佳温度为___℃,在该温度之前各温度对应的组成______(填“一定是”、“可能是”或“一定不是”)平衡态,理由是____________
2020-06-09更新 | 144次组卷
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【推荐2】在一定条件下,CO2可以合成一系列化工原料或燃料,在工农业生产中具有重大意义,根据以下合成过程,回答问题。
(1)目前工业上可用CO2生产甲醇燃料,反应的化学方程式为: CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g),△H。
已知:

共价键C=OH—HC—OC—HO—H
键能(KJ·mol-1750436358413463
该反应△H=________KJ/mol。
(2)研究证明。用二氧化碳催化加氢来合成低碳烯烃,起始时以0.1MPa,n(H2):n(CO2)=3:1的投料比充入反应器中,发生反应:2CO2(g)+6H2(g) C2H4(g)+4H2O(g)△H,不同温度下平衡时的四种气态物质的物质的量如图所示:
   
①对于气体反应,用某组分(B)的平衡压强(pB)代替物质的量浓度(cB)也可以表示平衡常数(记作KP),则该反应的KP= ________
②曲线a表示的物质为H2,理由是________
③为提高CO2的平衡转化率,除改变温度外,还可采取的措施是________(列举2项).
④在强酸性电解质水溶液中,以惰性电极电解CO2可得到多种燃料,其原理如图所示,电解时,生成乙烯的电极反应式________
   
(3)工业上利用CO2和NH3反应来制取尿素,反应2NH3+CO2 CO(NH2)2+H2O,在合成塔中不同氮碳比a[n(NH3)/n(CO2)]和水碳比b[n(H2O)/n(CO2)]时二氧化碳转化率(x)如图:
   
①b宜控制在________(填序号)范围内
A. 0.6~0.7       B. 1~1.1       C. 1.5~1.61;
②a宜控制在4.0左右,理由是________
(4)工业上利用CO2和CH3OH反应制取碳酸二甲酯,反应:CO2(g)+2CH3OH(g) CH3OOCOOCH3(g)+H2O(g),在恒温、容积可变的密闭容器中加入1 molCO2, 2molCH3OH+CO2的转化率与反应时间关系如图所示,在反应过程中,若t1时容器体积为1000mL,则t2时容器体积V=" ________" mL。
   
2016-12-09更新 | 333次组卷
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【推荐3】碳排放问题是第26届联合国气候变化大会讨论的焦点。我国向国际社会承诺2030年“碳达峰”,2060年实现“碳中和”。为了实现这个目标,加强了对CO2转化的研究。下面是CO2转化为高附加值化学品的反应。相关反应的热化学方程式如下:
反应Ⅰ:CO2(g)+H2(g)H2O(g)+CO(g) H1
反应Ⅱ:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) H2=-90.0kJ·mol-1
反应Ⅲ:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) H3=-49.0kJ·mol-1
反应Ⅳ:CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g) H4=-165.0kJ·mol-1
反应Ⅴ:2CO2g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g) H5=-122.7kJ·mol-1
回答下列问题:
(1)反应Ⅲ一般认为通过反应Ⅰ、Ⅱ来实现,则反应Ⅰ的H1=____kJ·mol-1;已知:由实验测得反应Ⅰ的v=kc(CO2)·c(H2),v=k·c(H2O)·c(CO)(k、k为速率常数,与温度、催化剂有关)。若平衡后升高温度,则=____(填“增大”、“不变”或“减小”)。
(2)在2L恒容密闭容器中充入总物质的量为8mol的CO2和H2发生反应Ⅲ,改变氢碳比,在不同温度下反应达到平衡状态,测得的实验数据如表:
温度/K
CO2转化率
500600700800
145332012
260432815
383624022
①下列说法中正确的是____(填英文字母)。
A.增大氢碳比,平衡正向移动,平衡常数增大
B.v(CH3OH)=v(CO2)时,反应达到平衡
C.当混合气体平均摩尔质量不变时,达到平衡
D.当混合气体密度不变时,达到平衡
②在700K、氢碳比为3.0的条件下,某时刻测得容器内CO2、H2、CH3OH、H2O的物质的量分别为2mol、2mol、1mol和1mol,则此时正反应速率和逆反应速率的关系是_____(填英文字母)。
A.v(正)>v(逆)             B.v(正)<v(逆)       C.(正)=r(逆)          D.无法判断
(3)CO2在一定条件下催化加氢生成CH3OH,主要发生三个竞争反应(即反应Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ),为分析催化剂对反应的选择性,在1L恒容密闭容器中充入2.0molCO2和5.3molH2,测得反应进行相同时间后,有关物质的物质的量随温度变化如图所示:

①该催化剂在较低温度时主要选择反应____(“Ⅲ”或“Ⅳ”或“Ⅴ”)。研究发现,若温度过高,三种含碳产物的物质的量会迅速降低,其主要原因可能是:____
②在一定温度下达到平衡,此时测得容器中部分物质的含量为:n(CH4)=0.1mol,n(C2H4)=0.4mol,n(CH3OH)=0.5mol。则该温度下反应Ⅲ的平衡常数K(Ⅲ)=____L2/mol2(保留两位小数)。
(4)常温下,用NaOH溶液作CO2捕捉剂不仅可以降低碳排放,而且可得到重要的化工产品Na2CO3。欲用1LNa2CO3溶液将2.33gBaSO4固体全都转化为BaCO3,则所用的Na2CO3溶液的物质的量浓度至少为____mol/L(已知:常温下Ksp(BaSO4)=1×10-11,Ksp(BaCO3)=1×10-10。忽略溶液体积的变化,保留两位有效数字)。
(5)研究人员研究出一种方法,可实现水泥生产时CO2零排放,其基本原理如图所示。温度小于900℃时进行电解反应,碳酸钙先分解为CaO和CO2,电解质为熔融碳酸钠,阳极的电极反应式为2CO-4e-=2CO2↑+O2↑,则阴极的电极反应式为____
2022-04-16更新 | 360次组卷
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