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我國提出2060年前實現(xiàn)碳中和,降低大氣中CO2含量是當今世界重要科研課題之一,以CO2為原料制備甲烷、戊烷、甲醇等能源物質(zhì)具有較好的發(fā)展前景。回答下列問題:
(1)CO2在固體催化劑表面加氫合成甲烷過程中發(fā)生以下兩個反應:
主反應:CO2(g)+4H2(g)?CH4(g)+2H2O(g)ΔH1=-156.9kJ?mol-1
副反應:CO2(g)+H2(g)?CO(g)+H2O(g)ΔH2=+41.1kJ?mol-1
①已知:2H2(g)+O2(g)═2H2O(g)ΔH3=-395.6kJ?mol-1,則CH4燃燒的熱化學方程式CH4(g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(g)ΔH=
-634.3kJ/mol
-634.3kJ/mol

②500℃時,向1L恒容密閉容器中充入4molCO2和12molH2,初始壓強為p,20min時主、副反應都達到平衡狀態(tài),測得c(H2O)=5mol?L-1,體系壓強為
3
4
p,則0~20min內(nèi)v(CH4)=
0.1mol/(L?min)
0.1mol/(L?min)
,平衡時CH4選擇性=
66.7%
66.7%
(CH4選擇性=
C
H
4
平衡濃度
C
O
2
轉(zhuǎn)化濃度
×100%,計算保留三位有效數(shù)字)。
(2)我國科研人員將CO2和H2在Na-Fe3O4/HZSM-5催化下轉(zhuǎn)變?yōu)槠停–5~C11的烴),反應過程如圖所示。
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①若CO2在該條件下轉(zhuǎn)化為戊烷(C5H12),則該反應的化學方程式為
5CO2+16H2
一定條件
C5H12+10H2O
5CO2+16H2
一定條件
C5H12+10H2O
。
②催化劑中的Fe3O4可用電解法制備。電解時以Fe作電極,電解質(zhì)溶液為稀硫酸,鐵電極的反應式為
Fe電極作陽極、3Fe-8e-+4H2O=Fe3O4+8H+
Fe電極作陽極、3Fe-8e-+4H2O=Fe3O4+8H+
(需標注電極名稱)。
(3)甲醇催化制取乙烯的過程中發(fā)生如下反應:
反應1:3CH3OH(g)?C3H6(g)+3H2O(g);
反應2:2CH3OH(g)?C2H4(g)+2H2O(g)。
反應1的Arrhenius經(jīng)驗公式的實驗數(shù)據(jù)如圖中曲線a所示,已知Arhenius經(jīng)驗公式RInk=-
E
a
T
+C(Ea為活化能,k為速率常數(shù),R和C為常數(shù))。則該反應的活化能Ea=
64
64
kJ?mol-1。當改變外界條件時,實驗數(shù)據(jù)如圖中的曲線b所示,則實驗可能改變的外界條件是
使用更高效的催化劑(或增大催化劑比表面積)
使用更高效的催化劑(或增大催化劑比表面積)
。
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【答案】-634.3kJ/mol;0.1mol/(L?min);66.7%;5CO2+16H2
一定條件
C5H12+10H2O;Fe電極作陽極、3Fe-8e-+4H2O=Fe3O4+8H+;64;使用更高效的催化劑(或增大催化劑比表面積)
【解答】
【點評】
聲明:本試題解析著作權(quán)屬菁優(yōu)網(wǎng)所有,未經(jīng)書面同意,不得復制發(fā)布。
發(fā)布:2024/6/27 10:35:59組卷:33引用:1難度:0.6
相似題
  • 1.當今,世界多國相繼規(guī)劃了碳達峰、碳中和的時間節(jié)點。因此,研發(fā)二氧化碳利用技術(shù),降低空氣中二氧化碳含量成為研究熱點。
    Ⅰ.二氧化碳催化加氫制甲醇,有利于減少溫室氣體二氧化碳。
    反應①CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)ΔH1=-49kJ?mol-1
    反應②CO2(g)+H2(g)?CO(g)+H2O(g)ΔH2=+36kJ?mol-1
    反應③CH3OH(g)?CO(g)+2H2(g)ΔH3
    (1)ΔH3=
     
    ;反應③在
     
    (填“高溫”“低溫”或“任意溫度”)下能自發(fā)進行。
    (2)反應①CO2(g)+3H2(g)?H2O(g)+CH3OH(g)在兩種不同催化劑作用下建立平衡過程中,CO2的轉(zhuǎn)化率[α(CO2)]隨時間(t)的變化曲線如圖1:
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    活化能大小關(guān)系過程Ⅱ
     
    過程Ⅰ(填“大于”“小于”或“等于”)
    (3)CO2和H2按物質(zhì)的量1:3投料,總物質(zhì)的量為amol,在有催化劑的密閉容器中進行反應,測得CO2平衡轉(zhuǎn)化率、CH3OH和CO選擇性(轉(zhuǎn)化的CO2中生成CH3OH或CO的百分比)隨溫度、壓強變化情況分別如圖2、圖3所示:
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    ①下列說法正確的是
     
    (填標號)。
    A.升溫,反應②的平衡正向移動
    B.加壓,反應①的平衡正向移動,平衡常數(shù)增大
    C.及時分離出甲醇和水,循環(huán)使用H2和CO2,可提高原料利用率
    D.升溫,使反應①的CH3OH選擇性降低;加壓,對反應②的CO選擇性無影響
    ②250℃時,在體積為VL的容器中,反應①和②達到化學平衡,CO2轉(zhuǎn)化率為25%,CH3OH和CO選擇性均為50%,則該溫度下反應②的平衡常數(shù)為
     
    。
    ③如圖2:240℃以上,隨著溫度升高,CO的平衡轉(zhuǎn)化率升高,而CH3OH的選擇性降低,分析其原因。
     

    Ⅱ.我國科學家研究出在S-In催化劑上實現(xiàn)高選擇性、高活性電催化還原CO2制甲酸。圖4表示不同催化劑及活性位上生成H*的能量變化,圖5表示反應歷程,其中吸附在催化劑表面的物質(zhì)用*標注。下列說法正確的是
     
    (填標號)。
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    A.CO2經(jīng)兩步轉(zhuǎn)化生成HCOO-
    B.S2-與K+(H2O)n微粒間的靜電作用促進了H2O的活化
    C.S-In/S表面更容易生成H*
    D.H*+OH-
    1
    2
    H2+*+OH-相對能量變化越大,越有利于抑制H*復合成H2
    發(fā)布:2024/9/21 3:0:11組卷:18引用:1難度:0.5
  • 2.甲醇是一種可再生能源,具有廣闊的開發(fā)和應用前景,可由CO2和H2合成CH3OH。請回答下列問題:
    (1)已知101kPa和298K時一些物質(zhì)的標準摩爾生成熱(由最穩(wěn)定單質(zhì)生成1mol純物質(zhì)的熱效應,稱為該物質(zhì)的標準摩爾生成熱)數(shù)據(jù)如表所示:
    物質(zhì) H2(g) CO2(g) CH3OH(g) H2O(g)
    Δ
    f
    H
    θ
    m
    (kJ?mol-1
    0 -393.5 -201 -241.8
    ①CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)ΔH=
     
    kJ?mol-1,該反應自發(fā)進行的條件是
     
    。(填“高溫自發(fā)”“低溫自發(fā)”或“任何溫度下都自發(fā)”)
    ②按n(CO2):n(H2)=1:3投料,不同催化劑作用下,反應tmin時,CH3OH的產(chǎn)率隨溫度的變化如圖所示,下列說法正確的是
     
    。(填標號)
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    A.使用催化劑Ⅰ時,d點已達到平衡
    B.T3的平衡常數(shù)K大于T4的平衡常數(shù)K
    C.若a點時,v(H2=3v(CH3OH),則此條件下反應已達到最大限度
    D.c點轉(zhuǎn)化率比a點低的原因一定是催化劑活性降低
    (2)由CO2和H2合成CH3OH的反應過程如下:
    Ⅰ.CO2(g)+H2(g)?CO(g)+H2O(g)ΔH1>0
    Ⅱ.CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)ΔH2<0
    按n(CO2):n(H2)=1:3投料,不同壓強下,測定CO2的平衡轉(zhuǎn)化率和CH3OH的平衡產(chǎn)率隨溫度的變化關(guān)系如圖A、B所示。
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    圖B縱坐標表示的是
     
    ,壓強:p1
     
    p2(填“>”“=”或“<”)。
    (3)某化學研究性學習小組用CO和H2模擬工業(yè)合成甲醇,在1L的恒容密閉容器內(nèi)充入1molCO和2molH2,加入合適催化劑后在某溫度下開始反應,并用壓力計監(jiān)測容器內(nèi)壓強的變化如下:
    反應時間/min 0 5 10 15 20 30
    壓強/MPa 25.2 21.6 19.0 17.4 16.8 16.8
    ①則從反應開始到20min時,H2的平均反應速率為
     
    。
    ②該條件下,反應CH3OH(g)?CO(g)+2H2(g)的平衡常數(shù)Kp
     
    (Kp指用平衡分壓代替平衡濃度進行計算的平衡常數(shù),分壓=物質(zhì)的量分數(shù)×P)。
    發(fā)布:2024/9/21 5:0:8組卷:9引用:2難度:0.5
  • 3.科學家研究高效催化劑對汽車尾氣進行無害化處理,反應原理為2CO(g)+2NO(g)
    催化劑
    2CO2(g)+N2(g)ΔH?;卮鹣铝袉栴}:
    (1)某溫度下,在密閉容器中該反應達到化學平衡后,只改變一種條件對該反應的正、逆反應速率的影響如圖甲所示:
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    ①加催化劑對反應速率影響的圖像是
     
     (填字母,下同)。
    ②適當升高溫度對反應速率影響的圖像是A,該反應的正反應是
     
    反應(填“吸熱”或“放熱”)。
    ③圖像D改變的條件是
     
    (任寫一條)。
    (2)在1L密閉容器中充入CO和NO共4mol,發(fā)生反應2CO(g)+2NO(g)?2CO2(g)+N2(g)ΔH,CO的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度、起始投料比m的關(guān)系如圖乙所示[起始投料比m=
    n
    NO
    n
    CO
    ]。
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    ①該反應的化學平衡常數(shù)表達式為
     
    。
    ②圖中a、b、c三點對應的平衡常數(shù)Ka、Kb,Kc相對大小關(guān)系是
     
    ,m1、m2、m3相對大小關(guān)系是
     
    。
    ③若m2=1,溫度為T1,反應達到平衡所用的時間為10min,CO的平衡轉(zhuǎn)化率為40%。達平衡過程中平均反應速率v(N2)=
     
    mol?L-1?min-1;若T1時,該容器中此四種物質(zhì)均為2mol,則此時v(正)
     
    (填“>”“<”或“=”)v(逆)
    發(fā)布:2024/9/20 15:0:11組卷:61引用:2難度:0.5
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