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题型:解答题-原理综合题 难度:0.4 引用次数:274 题号:5119447
CO2和甲烷催化合成CO和H2是CO2资源化利用的有效途径。主要反应为

Ⅰ:CH4(g)+CO2(g) 2CO(g)+2H2(g)        △H=+247kJ/mol

(1)已知CH4(g)+H2O(g) CO(g)+H2(g)          △H=+206kJ/mol

写出CH4和水蒸气反应生成CO2的热化学方程式_________
(2)在恒温、恒容的密闭容器中发生反应I,下列选项能够说明反应I达到平衡状态的是______
A.混合气体的密度不变
B.混合气体的总压强不变
C.CH4、CO2、CO、H2的物质的量之比为1:1:2:2
D.3V(H2)=V(CH4)
E.混合气体的平均相对分子质量不变
(3)催化合成的温度通常维持在550-750℃之间,从反应速率角度分析其主要原因可能是_________
(4)将CH4与CO2各1mol充入某密闭容器中,发生反应I。100Kpa时,反应I到达平衡时CO2的体积分数与温度的关系曲线如图所示。

①图中A、B、C三点表示不同温度、压强下达到平衡时CO2的体积分数,则______点对应的平衡常数最小,判断依据是__________________点对应的压强最大。
②300℃,100Kpa下,该容器中反应I经过40min达到平衡,计算反应在0-40min内的平均反应速率为v(CO2)=_________mol/min(结果保留两位有效数字),该温度下的压强平衡常数Kp=________
(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)

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【推荐1】将天然气(主要成分为CH4)中的CO2、H2S资源化转化在能源利用、环境保护等方面意义重大。
(1)CO2转化为CO、H2S转化为S的反应如下:
i.2CO2(g)=2CO(g)+O2(g)       H1=+566kJ/mol
ii.2H2S(g)+O2(g)=2H2O(l)+2S(s)        H2=﹣530kJ/mol
iii.CO2、H2S转化生成CO、S等物质的热化学方程式是___________
(2)CO2性质稳定,是一种“惰性”分子。对于反应ⅲ,通过设计合适的催化剂可以降低______,提高反应速率。
a.活化能                  b.H                    c.平衡常数
(3)我国科学家研制新型催化剂,设计协同转化装置实现反应ⅲ,工作原理如下所示。

【方案1】若M3+/M2+=Fe3+/Fe2+
①所含Fe3+、Fe2+的溶液需为较强的酸性,原因是___________
②结合反应式说明生成S、CO的原理:___________
【方案2】若M3+/M2+=EDTA-Fe3+/EDTA-Fe2+(配合物)
已知:电解效率η的定义:
③测得η(EDTA-Fe3+)≈100%,η(CO)≈80%。阴极放电的物质有___________
④为进一步确认CO2、H2S能协同转化,对CO的来源分析如下:
来源1:CO2通过电极反应产生CO
来源2:电解质(含碳元素)等物质发生降解,产生CO
设计实验探究,证实来源2不成立。实验方案是___________
结论:方案2明显优于方案1,该研究成果为天然气的净化、资源化转化提供了工业化解决思路。
2022-01-16更新 | 408次组卷
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【推荐2】氮氧化物是大气污染物之一,可用活性炭还原处理氮氧化物,有关反应为C(s)+2NO(g) N2(g)+CO2(g) 。
(1)已知:N2(g)+O2(g)=2NO(g) ΔH1=+a kJ·mol-1;C(s)的燃烧热为ΔH2=-b kJ·mol-1
①反应 C(s)+2NO(g) N2(g)+CO2(g)的ΔH =___________kJ·mol-1(用含 a、b 的代数式表示)。
② C,N,O三种元素电负性由强到弱的顺序是___________,第一电离能依次增大的顺序是___________。(填元素符号)
③研究人员对比研究活性炭、负载钙、镧氧化物对该反应的反应活性。在三个反应器中分别加入C、CaO/C、La2O3/C,通入相同浓度的NO,不同温度下测得反应2小时时NO去除率如图所示,据图分析,温度在 500℃以内,三种情况下反应的活化能最小的是___________(填“C”、“CaO/C”或 “La2O3/C”)。

(2)在 2L 恒容密闭容器中加入足量 C 与 NO 发生反应,所得数据如表:
实验编号温度/℃起始时 NO 的物质的量/mol平衡时 N2 的物质的量/mol
17000.240.08
28000.400.09
①由表可知700℃时,该反应的平衡常数 K=___________
②结合表中数据,判断该反应的ΔH___________0(填“>”或“<”),理由是___________
(3)某温度下,若向2L体积恒定的密闭容器中充入等物质的量的N2 和CO2发生反应:N2(g)+CO2(g) C(s)+2NO(g);其中N2、NO物质的量随时间变化的曲线如图所示:

①图中B点v正___________v逆(填“>” “<”或“=”)。
②第10min时,外界改变的条件可能是___________(填字母)。
A.加催化剂                         
B.增大C(s)的物质的量
C.减小CO2的物质的量            
D.升温             
E.降温
2024-08-30更新 | 37次组卷
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【推荐3】Ⅰ.研究和深度开发的应用对构建生态文明社会具有重要的意义。
(1)可用于炼铁。
已知:a.   
b.   
还原的热化学方程式为_______
(2)充入一定体积的密闭容器中,在两种温度下发生反应:,测得的物质的量随时间的变化如图所示。

①曲线对应的平衡常数大小关系为_______(填“>”“=”或“<”)
②一定温度下,在容积相同且固定的两个密闭容器中,按如下方式加入反应物,一段时间后达到平衡。
容器
反应物投入量1、3a、b、c、c
若甲中平衡后气体的压强为开始的0.8倍,要使平衡后乙与甲中相同组分的体积分数相等,且起始时维持化学反应向逆反应方向进行,则c的取值范围为_______
(3)利用光能和光催化剂,可将转化为。紫外光照射时,在不同催化剂(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)作用下,产量随光照时间的变化如图所示。在0~15h内,的平均生成速率Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ从大到小的顺序为_______

Ⅱ.固体氧化物电解池(SOEC)用于高温共电解,既可高效制备合成气(),又可实现的减排,其工作原理如图所示。

(4)b为电源的_______(填“正极”或“负极”);
(5)写出电极c发生的电极反应式:_______(写出其中一种即可)。
2022-06-08更新 | 55次组卷
共计 平均难度:一般