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當(dāng)前位置： 2023年廣東省廣州市天河區(qū)高考化學(xué)一模試卷> 試題詳情

在“碳達(dá)峰、碳中和”的目標(biāo)引領(lǐng)下，對(duì)減少二氧化碳排放的相關(guān)技術(shù)研究正成為世界各國的前沿發(fā)展方向?；卮鹣铝袉栴}：
（1）利用CH₄-CO₂干重整反應(yīng)不僅可以對(duì)天然氣資源綜合利用，還可以緩解溫室效應(yīng)對(duì)環(huán)境的影響。
①該反應(yīng)一般認(rèn)為通過如圖步驟來實(shí)現(xiàn)：
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I.CH₄（g）=C（ads）+2H₂（g）
II.C（ads）+CO₂（g）=2CO（g）
上述反應(yīng)中C（ads）為吸附活性炭，反應(yīng)歷程的能量變化如圖所示：
反應(yīng)I是

慢反應(yīng)

（填“慢反應(yīng)”或“快反應(yīng)”），干重整反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為

CH₄（g）+CO₂ （g）=2CO（g）+2H₂ （g）ΔH=+（E₃-E₁） kJ/mol

。（選取圖中E₁、E₂、E₃、E₄、E₅表示反應(yīng)熱）。
②在恒壓條件下，等物質(zhì)的量的CH₄（g）和CO₂（g）發(fā)生干重整反應(yīng)時(shí)，各物質(zhì)的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度變化如圖1所示。已知在干重整中還發(fā)生了副反應(yīng)：H₂（g）+CO₂（g）=H₂O（g）+CO（g）ΔH＞0，則表示CO₂平衡轉(zhuǎn)化率的是曲線

（填“A”或“B”），判斷的依據(jù)是

相同條件下，因?yàn)镃O₂同時(shí)參與兩個(gè)反應(yīng)，故轉(zhuǎn)化率更大

。
③在恒壓p、800K條件下，在密閉容器中充入等物質(zhì)的量的CH₄（g）和CO₂ （g），若曲線A對(duì)應(yīng)物質(zhì)的平衡轉(zhuǎn)化率為40%，曲線B對(duì)應(yīng)物質(zhì)的平衡轉(zhuǎn)化率為20%，則以上反應(yīng)平衡體系中 n（H₂）：n（H₂O）=

1：1

，則干重整反應(yīng)的平衡常數(shù)K_p=

（

）

（

）

（

）

（

）

（用平衡分壓代替平衡濃度表示，分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)，列出計(jì)算式，無需化簡）。
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（2）二氧化碳電還原反應(yīng)提供了一種生產(chǎn)乙醇的方法，已知反應(yīng)過程中在三種不同催化劑表面（Cu、C/Cu、N-C/Cu）的某個(gè)基元反應(yīng)的能量變化如圖2所示（IS表示始態(tài)，TS表示過渡態(tài)，F(xiàn)S表示終態(tài)，*表示催化劑活性中心原子）。科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)銅表面涂覆一層氮摻雜的碳（N-C）可以提高乙醇的選擇性，其原因可能是

在N-C/Cu催化劑表面，反應(yīng)2CO*=OCCO*的活化能較小，促進(jìn)了C-C鍵形成

。
（3）科學(xué)家通過使用雙極膜電滲析法來捕獲和轉(zhuǎn)化海水中的CO₂，其原理如圖所示。
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①寫出與電源正極相連一極上的電極反應(yīng)式：

Fe（CN）₆^4--e^-=Fe（CN）₆^3-

。
②下列說法正確的是

（填字母）。
A.循環(huán)液1和循環(huán)液2中的陰離子種類相同
B.隔膜1為陽離子交換膜，隔膜2為陰離子交換膜
C.水的電離程度：處理后海水1＞處理后海水2
D.該方法可以同時(shí)將海水進(jìn)行淡化海水

【考點(diǎn)】化學(xué)平衡的計(jì)算；電解原理．

【答案】慢反應(yīng)；CH₄（g）+CO₂ （g）=2CO（g）+2H₂ （g）ΔH=+（E₃-E₁） kJ/mol；A；相同條件下，因?yàn)镃O₂同時(shí)參與兩個(gè)反應(yīng)，故轉(zhuǎn)化率更大；1：1；

（

）

（

）

；在N-C/Cu催化劑表面，反應(yīng)2CO*=OCCO*的活化能較小，促進(jìn)了C-C鍵形成；Fe（CN）₆^4--e^-=Fe（CN）₆^3-；A

【解答】

【點(diǎn)評(píng)】

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發(fā)布：2024/4/20 14:35:0組卷：107引用：4難度：0.6

相似題

1．隨著人們的物質(zhì)生活水平的不斷提高和工業(yè)化快速發(fā)展，環(huán)境污染也日益加重，空氣中有毒氣體主要包括SO₂、CO、NO_x、烴類等等。
（1）在一定條件下，CH₄可與NO_x反應(yīng)除去NO_x，已知有下列熱化學(xué)方程式：①CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）ΔH=-890.3 kJ/mol
②N₂（g）+2O₂（g）?2NO₂（g）ΔH=+67.0 kJ/mol
③H₂O（g）=H₂O（l）ΔH=-41.0 kJ/mol
則CH₄（g）+2NO₂（g）?CO₂（g）+2H₂O（g）+N₂（g）ΔH=

kJ/mol
（2）在2L的密閉容器中按物質(zhì)的量之比1：2充入CO和H₂，發(fā)生反應(yīng)CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）ΔH。測(cè)得CO的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度及不同壓強(qiáng)的變化如圖所示，P₂和195℃時(shí)n（H₂）隨時(shí)間的變化結(jié)果如表所示。n（H₂）在P₂及195℃時(shí)隨時(shí)間變化如表所示。

t/min 0 1 3 5

n（H₂）/mol 8 5 4 4

①該反應(yīng)的ΔH

0（填“＞”、“＜”或“=”），原因是

。
②在P₂及195℃時(shí)，在0～2min,平均反應(yīng)速率v（CH₃OH）=

。
③能說明該反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)的是

。
a.容器內(nèi)混合氣體壓強(qiáng)保持不再變化
b.CO和H₂的轉(zhuǎn)化率之比不再變化
c.容器內(nèi)混合氣體的平均摩爾質(zhì)量不再變化
d.容器內(nèi)混合氣體的密度不再變化
④P₂及195℃下，在B點(diǎn)時(shí)，v（正）

v（逆）（填“＞”、“＜”或“=”）。
⑤下列說法不正確的是

。
a.將容器體積變?yōu)?L，再次達(dá)平衡時(shí)，CO的物質(zhì)的量濃度為原平衡的2倍
b.該反應(yīng)在任何條件下都能自發(fā)進(jìn)行
c.充分反應(yīng)后，容器內(nèi)只存在CH₃OH分子
d.升高溫度，
n
（
C
H
3
OH
）
n
（
CO
）
減小
⑥在P₂及195℃時(shí)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K_p=

（用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算，分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)，結(jié)果用含P₂的分式表示）。
發(fā)布：2024/9/20 9:0:9組卷：4引用：1難度：0.4
解析

2．我國力爭2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。CO₂的綜合利用是實(shí)現(xiàn)碳中和的措施之一。
Ⅰ.CO₂和H₂在金屬催化劑表面可以合成CH₄，普遍反應(yīng)路徑有三種，其中一種反應(yīng)路徑經(jīng)歷HCOO*中間體。某小組研究了金屬鈷的不同晶面【FCC（111）、HCP（10-10）、HCP（10-11）】對(duì)HCOO*這種反應(yīng)路徑的催化效果，相關(guān)基元反應(yīng)能量變化如下表（*指微粒吸附在催化劑表面）：

基元反應(yīng)步驟	FCC（111）		HCP（10-10）		HCP（10-11）
基元反應(yīng)步驟	活化能（eV）	反應(yīng)熱（eV）	活化能（eV）	反應(yīng)熱（eV）	活化能（eV）	反應(yīng)熱（eV）
CO₂+H→HCOO*	0.46	-0.52	0.66	-0.12	0.20	-0.69
HCOO+H→HCOOH*	1.27	0.73	0.23	-0.16	1.36	0.78
HCOOH→CHO+OH*	0.76	-0.11	0.44	-0.18	0.96	-0.47
CHO+H→CH₂O*	0.53	0.15	0.42	0.14	0.54	0.15
CH₂O+H→CH₂OH*	0.90	0.27	0.80	0.08	1.37	0.69
CH₂OH→CH₂+OH*	0.70	-0.63	0.33	-0.47	0.60	-1.02

（1）寫出在FCC（111）晶面反應(yīng)的控速步基元反應(yīng)：

。
（2）僅比較表格數(shù)據(jù)可知，CO₂和H₂在該條件下合成CH₄，

晶面的催化效果最好。
Ⅱ.CO₂和H₂一定條件下也可以合成甲醇，該過程存在副反應(yīng)Ⅱ。
反應(yīng)Ⅰ：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g） ΔH₁=-49.3kJ/mol
反應(yīng)Ⅱ：CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g） ΔH₂
（3）上述反應(yīng)中相關(guān)物質(zhì)能量如圖1所示。計(jì)算ΔH₂=

kJ/mol。
（4）向VL密閉容器中通入3molH₂、1molCO₂，在催化劑作用下發(fā)生反應(yīng)。相同時(shí)間內(nèi)溫度對(duì)CO₂轉(zhuǎn)化率及CH₃OH和CO產(chǎn)率的影響如圖2所示。CO₂的轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而增大的原因可能是

。表示CH₃OH產(chǎn)率隨溫度變化的曲線是

（填“a”或“b”）。
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（5）假設(shè)體系中只發(fā)生反應(yīng)Ⅰ和反應(yīng)Ⅱ，在某溫度下反應(yīng)tmin達(dá)到平衡狀態(tài)。此時(shí)CO₂的轉(zhuǎn)化率為30%，CO₂對(duì)CH₃OH的選擇性為40%（CH₃OH選擇性=

產(chǎn)率

轉(zhuǎn)化率

），則0～tmin內(nèi)H₂的反應(yīng)速率為

mol/（L?min），反應(yīng)Ⅱ的平衡常數(shù)為

（結(jié)果保留2位有效數(shù)字）。
Ⅲ.2021年我國科學(xué)家首先實(shí)現(xiàn)了從CO₂到淀粉的全人工合成。其中的一個(gè)步驟是利用新型電化學(xué)催化裝置（如圖所示）將CO₂轉(zhuǎn)化為CH₃COOH。
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（6）寫出該過程中陰極的電極反應(yīng)式：

。

發(fā)布：2024/9/20 8:0:8組卷：7引用：2難度：0.5

解析

3．自熱化學(xué)鏈重整制氫CLR（a）工藝的原理如圖所示：

回答下列問題：
（1）25℃、101kPa時(shí)，5.9gNi與足量O₂反應(yīng)生成NiO放出47.2kJ的熱量，則在“空氣反應(yīng)器”中發(fā)生反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為

。
（2）“燃料反應(yīng)器”中發(fā)生的部分反應(yīng)有：
（Ⅰ）CO（g）+NiO（s）=CO₂（g）+Ni（s）ΔH₁=-47.0kJ/mol 平衡常數(shù)K₁
（Ⅱ）CH₄（g）+4NiO（s）=CO₂（g）+2H₂O（g）+4Ni（s）ΔH₂=+137.7kJ/mol 平衡常數(shù)K₂
（Ⅲ）CH₄（g）+3CO₂（g）=4CO（g）+2H₂O（g）ΔH₃=akJ/mol 平衡常數(shù)K₃
①CO₂的電子式：

。
②K₁、K₂、K₃之間的關(guān)系是：

。
③在

（填“高溫”或“低溫”）情況下有利于反應(yīng)Ⅲ的自發(fā)進(jìn)行。
（3）“水汽轉(zhuǎn)換反應(yīng)器”中發(fā)生的反應(yīng)為CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g），將天然氣看作是純凈的CH₄（假定向水汽轉(zhuǎn)換反應(yīng)器中補(bǔ)充的水的物質(zhì)的量等于甲烷的物質(zhì)的量），若在t℃時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，水汽轉(zhuǎn)換反應(yīng)器中達(dá)平衡時(shí)CO、H₂O、H₂、CO₂濃度之比為1：x：3：1，則該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=

。
（4）甲烷制氫傳統(tǒng)工藝有水蒸氣重整部分氧化重整以及聯(lián)合重整等，CLR（a）工藝重整是一種聯(lián)合重整，涉及反應(yīng)的熱化學(xué)方程式如下：
水蒸氣重整反應(yīng)：CH₄（g）+2H₂O（g）=CO₂（g）+4H₂（g）ΔH=+192kJ/mol
部分氧化重整反應(yīng)：CH₄（g）+O₂（g）=CO₂（g）+2H₂（g）ΔH=-768kJ/mol
①采用水蒸氣重整的優(yōu)點(diǎn)是：

；
②上述兩個(gè)反應(yīng)的缺點(diǎn)之一是在制取氫氣的同時(shí)產(chǎn)生大量溫室氣體CO₂，若用NaOH溶液來吸收CO₂，寫出反應(yīng)的離子方程式：

；
③若上述兩個(gè)反應(yīng)在保持自熱條件下（假設(shè)無熱量損失），理論上2molCH₄至多可獲得H₂的物質(zhì)的量為

（結(jié)果保留1位小數(shù)）。
發(fā)布：2024/9/20 9:0:9組卷：0引用：2難度：0.5
解析

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n（H₂）/mol	8	5	4	4