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题型:解答题-原理综合题 难度:0.65 引用次数:387 题号:4321459
甲醇是重要的化工原料。利用合成气(主要成分为CO、CO2和H2)在催化剂的作用下合成甲醇,发生的主要反应如下:
①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H1
②CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H2=-58 kJ/mol
③CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) △H3=+41 kJ/mol
回答下列问题:
(1)CO2的电子式是_________________
(2)△H1=______kJ/mol,①反应正向的熵变△S___0(填>、<或=)。
(3)在容积为2L的密闭容器中,充入一定量CO2和H2合成甲醇(上述②反应),在其他条件不变时,温度T1、T2对反应的影响图象如图,下列说法正确的是__________(填序号)
   
①温度为T1时,从反应到平衡,生成甲醇的平均速率为:v(CH3OH)=nA/tAmol/(L·min)
②当v(CH3OH) = v(H2O)时,说明反应达到平衡
③混合气体的平均相对分子质量A点大于B点
④处于A点的反应体系从T1变到T2,达到平衡时n(H2)与n(CH3OH)比值增大
(4)在T1温度时,将2molCO2和6molH2充入2L密闭容器中,充分反应(上述②反应)达到平衡后,若CO2转化率为50%,,则容器内的压强与起始压强之比为__________;T1温度,反应CH3OH(g)+H2O(g)CO2(g)+3H2(g)的平衡常数数值为__________

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【推荐1】工业上一般以CO和H2为原料合成甲醇,该反应的热化学方程式为:
(1)已知:

则表示1mol气态甲醇完全燃烧生成和水蒸气时的热化学方程式为___________
(2)CO和H2为原料合成甲醇,下列措施中有利于增大该反应的反应速率且利于反应正向进行的是___________(填字母)。
A.随时将CH3OH与反应混合物分离B.降低反应温度
C.增大体系压强D.便用高效催化剂
(3)时,CO和H2为原料合成甲醇,在体积为2L的密闭容器中加入。CO(g)的物质的量随时间的变化如表:
时间/s02510204080
物质的量(mol)1.000.500.3750.250.200.200.20

根据表中数据回答:
①氢气平衡转化率为___________
时,该反应的平衡常数为___________
③保持其它条件不变,向平衡体系中充入1molCO(g)、。此时___________(填“>”“<”或“=”)
(4)CO和H2为原料合成甲醇,按照相同的物质的量投料,测得CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如图所示,下列说法正确的是___________
A.温度:T1>T2>T3
B.正反应速率:v(a)>v(c)、v(b)>v(d)
C.反应速率:v(d)<v(c)
D.平均摩尔质量:M(a)>M(c)、M(b)<M(d)
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【推荐2】二氧化碳的重整和综合利用可以有效缓解环境压力,助力尽快实现双碳目标。CO2与H2合成甲醇涉及反应:
I.CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) H1
Ⅱ.CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) H2=+41.2kJ•mol-1
Ⅲ.CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) H3=-90.2kJ•mol-1
回答下列问题:
(1)H1=______
(2)若反应II的S2=+42.1J•mol-1•K-1,则该反应在298K时______(填“能”或“不能”)自发进行。
(3)T0℃,向10L恒容密闭容器中充入1molCO2和3molH2发生上述反应。10min末达到平衡时测得容器中CO2的转化率为90%,CO的物质的量为0.3mol。
①0~10min内,平均反应速率v(CH3OH)=______
②下列叙述不能作为上述反应达到平衡状态标志的是______
A.H2O的生成速率与CO2的消耗速率相等
B.混合气体的总质量不再变化
C.混合气体的总压强不再变化
D.CO的物质的量不再变化
③T0℃时,H2的平衡转化率为______;该温度下,反应Ⅰ的平衡常数Kc=______(保留三位有效数字)。
(4)我国学者结合实验和计算机模拟结果,提出了CO2电还原制备CH3OH的机理,其部分反应历程如图所示,吸附在催化剂表面的物种用“•”标注。

其中CO2______(填“阴极”或“阳极”)上发生反应;下列转化过程中,可能适合在高温条件下进行的是______(填选项字母)。
A.CO2+6H→•CO2 B.•CO+•OH→•CO+•H2O
C.•OCH•→OCH2 D.•CH3OH→CH3OH
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【推荐3】我国科学家利用Fe2Na3/红紫素催化剂实现CO2还原制备CO,利用可见光催化还原CO2,将CO2转化为增值化学原料(HCOOH、HCHO、CH3OH等) ,这被认为是一种可持续的CO2资源化有效途径。
(1)已知几种物质的燃烧热(ΔH)如表1所示:
表1
物质HCHO(g)H2(g)
燃烧热(ΔH)/(kJ · mol-1)-570. 8-285. 8
已知:H2O(g)=H2O(l) ΔH =-44 kJ ·mol-1
CO2(g)+2H2(g) HCHO(g)+H2O(g) ΔH =_______kJ·mol-1
(2)在一定温度下,将1 mol CO2(g)和3 mol H2(g)通入某恒容密闭容器中,发生反应CO2(g)+H2(g) HCOOH(g) ,测得不同时刻容器中CO2的体积分数[φ(CO2)]如表2所示。
表2
t/min01020304050
φ(CO2)0.2500.2300.2150.2050.2000.200
达到平衡时CO2的转化率为_______
(3)将n(CO2) : n(H2)=1 :4的混合气体充入某密闭容器中,同时发生反应1和反应2。
反应1:CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH1= +41.2kJ·mol-1
反应2:CO2(g) +3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ΔH2<0。
在不同温度、压强下,测得相同时间内CO2的转化率如图1。0.1 MPa时,CO2的转化率在600 °C之后随温度升高而增大的主要原因是 _______

(4)在一定温度下,向容积为2 L的恒容密闭容器中充入1 mol CO2(g)和n mol H2(g) ,仅发生(3)中的反应2。实验测得CH3OH的平衡分压与起始投料比[]的关系如图2。

①起始时容器内气体的总压强为8p kPa,若10 min时反应到达c点,则0~10 min内,v(H2)=_______mol·L-1· min-1
②b点时反应的平衡常数Kp=_______ (用含 p的表达式表示)(kPa)-2。(已知:用气体分压计算的平衡常数为Kp,分压=总压×物质的量分数)
(5)我国科学家开发催化剂,以惰性材料为阳极,在酸性条件下电解还原CO2制备HCHO,其阴极的电极反应式为_______
(6)我国学者探究 了BiIn 合金催化剂电化学还原CO2生产HCOOH的催化性能及机理,并通过DFT计算催化剂表面该还原过程的物质的相对能量,如图3所示(带“*”表示物质处于吸附态)。试从图3分析,采用BiIn合金催化剂优于单金属Bi催化剂的原因:_______;BiIn合金催化剂优于单金属In催化剂的原因:_______
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