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题型:解答题-原理综合题 难度:0.4 引用次数:198 题号:22797202
2024年上海国际碳中和技术博览会以“中和科技、碳素未来”为主题,重点聚焦二氧化碳的捕捉、利用与封存(CCUS)等问题。回答下列问题:
Ⅰ.是典型的温室气体,Sabatier反应可实现转化为甲烷,实现的资源化利用。合成过程中涉及如下反应:
甲烷化反应(主反应):①   
逆变换反应(副反应):②     
(1)反应③   ___________,该反应在___________(填“高温”“低温”或“任何温度”)下能自发进行。
(2)下列叙述中能说明反应①达到平衡状态的是___________(填字母)。
A.断裂4mol 的同时断裂1mol              
B.恒温恒容条件下,体系压强不再变化
C.恒温恒容条件下,气体的密度不再变化                    
D.
E.绝热恒容条件下,不再变化
(3)科研小组按进行投料,下面探究影响选择性的一些因素。
①若在恒容容器中进行反应(初始压强为0.1MPa),平衡时各气体的物质的量分数随温度变化的曲线如图所示。图中表示的物质的量分数随温度变化的曲线是___________(填“曲线1”“曲线2”或“曲线3”)。曲线1和曲线3交叉点处的平衡分压为___________MPa(该空忽略副反应逆变换反应)。

②积碳会使催化剂的活性降低,从而影响甲烷的选择性,各积碳反应的平衡常数与温度关系如下表所示:
温度℃
80021.600.1360.133
85033.940.0580.067
90051.380.0270.036
反应a:   
反应b:   
反应c:   
由表中数据可知,积碳反应主要由反应___________引起(填“a”“b”或“c”)。
Ⅱ.完成下列问题
(4)一定条件下,向4L恒容密闭容器中充入2mol 和6mol ,发生反应。已知容器内起始压强为240kPa,反应达平衡时容器内压强为150kPa,该温度下反应的标准平衡常数___________。(该反应标准平衡常数的表达式为,其中p为分压,分压=总压×物质的量分数,)

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(1)已知一定条件下
反应I:   kJ/ mol
反应Ⅲ:   kJ/ mol
①反应I的______0(填“>”、“=”或“<”),该反应自发进行的条件是______(填“高温”、“低温”或“任何温度”)。
②该条件下反应Ⅱ的热化学方程式是________________________
(2)已知反应Ⅱ在进气比不同时,在不同温度()下,测得相应的CO的平衡转化率如图。

①比较的大小,并解释原因:________________________
②A点对应的化学平衡常数是____________
温度时,t时刻各物质的浓度如下表。
CO
t时刻浓度(mol/L)1.20.20.80.8
判断t时刻v(正)、v(逆)的大小关系为:v(正)_______v(逆)(填“>”、“=”或“<”)。
④当不同的进气比达到相同的CO平衡转化率时,对应的反应温度和进气比的关系是______________
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(1)用NH3催化还原NOx可以消除氮氧化物的污染。已知:
①N2(g)+O2(g)=2NO(g) H1=a kJ/mol
②4NH3(g)+3O2(g)=2N2(g)+6H2O(l) H2=b kJ/mol
则2NH3(g)+3NO(g)=N2(g)+3H2O(l) H=_______(用含a、b的代数式表示)kJ/mol。
(2)N2O的产生。N2O是硝酸生产中氨催化氧化的副产物:2NH3(g)+2O2(g)N2O(g)+3H2O(g)。若该反应前2min内NH3的浓度减小了0.2mol/L,则0~2min内,v(N2O)=_______mol/(L·min)。
(3)某研究小组发现用NH3还原法可以处理N2O:2NH3(g)+3N2O(g)4N2(g)+3H2O(g) H=-804.1kJ/mol。向某密闭容器中充入2mol NH3 (g)和3mol N2O (g),发生上述反应,平衡时混合气体中N2的体积分数与压强(p)、温度(T)的关系如图所示。

①下列事实能说明反应达到平衡状态的是_______(填标号)。
A.4v(N2O)=3v(N2)
B. NH3(g)与N2O(g)的物质的量之比保持不变
C.恒容密闭容器中,气体的摩尔质量保持不变
D.每断裂6molN-H键的同时生成4molN≡N键
②T1_______(填“>”、“<”或“=”)T2,原因为_______
③A、B、C三点对应的反应平衡常数KA、KB、KC的大小关系为_______
④B点处N2O(g)的转化率为_______%,若B点容器体积为1L,则该条件下反应的平衡常数K=_______(列出计算式即可)。
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请写出反应I的热化学方程式___________
(2)反应II,在进气比[n(CO):n(H2O)]不同时,测得相应的CO平衡转化率见下图(各点对应的反应温度可能相同,也可能不同;各点对应的其他反应条件都相同)

①分析,A、E和G三点对应的反应温度相同,其原因是KA=KE=KG=___________(填数值)。在该温度下,要提高CO平衡转化率,除了改变进气比之外,还可采取的措施是___________
②比分析B、E、F三点,可得出对应的进气比和反应温度的变化趋势之间的关系是___________
③比较A、B两点对应的反应速率大小:vA___________ vB(填“<”“=”或以”)。反应速率v=v-v=kx (CO)x (H2O)-k逆x (CO2)x (H2),kk逆分别为正、逆向反应速率常数,x为物质的量分数,计算在达到平衡状态为D点的反应过程中,当CO转化率刚好达到20%时, =___________(计算结果保留 1位小数)。
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