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CO2和CH4是兩種主要的溫室氣體,以CH4和CO2為原料制造更高價(jià)值的化學(xué)產(chǎn)品是用來緩解溫室效應(yīng)的研究方向,回答下列問題:
(1)工業(yè)上CH4-H2O催化重整是目前大規(guī)模制取合成氣(CO和H2混合氣稱為合成氣)的重要方法,其原理為:
反應(yīng)Ⅰ:CH4(g)+H2O(g)?CO(g)+3H2(g);△H1=+206.4kJ?mol-1
反應(yīng)Ⅱ:CO(g)+H2O(g)?CO2(g)+H2(g);△H2=-41kJ?mol-1
CH4(g)和H2O(g)反應(yīng)生成CO2(g)和H2(g)的熱化學(xué)方程式是
CH4(g)+2H2O(g)?CO2(g)+4H2(g)△H=+165.4kJ?mol-1
CH4(g)+2H2O(g)?CO2(g)+4H2(g)△H=+165.4kJ?mol-1

(2)將1mol CH4(g)和1mol H2O(g)加入恒溫恒壓的密閉容器中(溫度298K、壓強(qiáng)100kPa),發(fā)生反應(yīng)Ⅰ,不考慮反應(yīng)Ⅱ的發(fā)生,該反應(yīng)中,正反應(yīng)速率v=k×p(CH4)×p(H2O),p為分壓(分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)),若該條件下k=4.5×10-4kPa-1?s-1,當(dāng)CH4分解20%時(shí),v=
0.5
0.5
kPa?s-1。
(3)將CO2和CH4在一定條件下反應(yīng)可制得合成氣,在1L密閉容器中通入CH4與CO2,使其物質(zhì)的量濃度均為1.0mol?L-1,在一定條件下發(fā)生反應(yīng):CH4(g)+CO2(g)?2CO(g)+2H2(g),測得CH4的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度及壓強(qiáng)的關(guān)系如圖1所示:
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①壓強(qiáng)P1、P2、P3、P4由小到大的關(guān)系為
p1<p2<p3<p4
p1<p2<p3<p4

②對于氣相反應(yīng),用某組分(B)的平衡壓強(qiáng)p(B)代替物質(zhì)的量濃度c(B)也可表示平衡常數(shù)(記作Kp),如果P4=2MPa,求x點(diǎn)的平衡常數(shù)Kp=
16
9
(MPa)2
16
9
(MPa)2
(用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算)。
③下列措施中能使平衡正向移動的是
acd
acd
(填字母)。
a.升高溫度   b.增大壓強(qiáng)  c.保持溫度、壓強(qiáng)不變,充入He   d.恒溫、恒容,再充入1mol CO2和1mol CH4
(4)科學(xué)家還研究了其他轉(zhuǎn)化溫室氣體的方法,利用如圖2所示裝置可以將CO2轉(zhuǎn)化為氣體燃料紫外光CO(電解質(zhì)溶液為稀硫酸),該裝置工作時(shí),M為
負(fù)
負(fù)
極(填“正”或“負(fù)”),導(dǎo)線中通過2mol電子后,假定體積不變M極電解質(zhì)溶液的pH
不變
不變
(填“增大”、“減小”或“不變”),N極電解質(zhì)溶液變化的質(zhì)量△m=
18
18
g。
【答案】CH4(g)+2H2O(g)?CO2(g)+4H2(g)△H=+165.4kJ?mol-1;0.5;p1<p2<p3<p4;
16
9
(MPa)2;acd;負(fù);不變;18
【解答】
【點(diǎn)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(fù)制發(fā)布。
發(fā)布:2024/4/20 14:35:0組卷:46引用:4難度:0.2
相似題
  • 1.當(dāng)今,世界多國相繼規(guī)劃了碳達(dá)峰、碳中和的時(shí)間節(jié)點(diǎn)。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(diǎn)。
    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(yīng)①CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)ΔH1=-49kJ?mol-1
    反應(yīng)②CO2(g)+H2(g)?CO(g)+H2O(g)ΔH2=+36kJ?mol-1
    反應(yīng)③CH3OH(g)?CO(g)+2H2(g)ΔH3
    (1)ΔH3=
     
    ;反應(yīng)③在
     
    (填“高溫”“低溫”或“任意溫度”)下能自發(fā)進(jìn)行。
    (2)反應(yīng)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(shí)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(jìn)行反應(yīng),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(qiáng)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(biāo)號)。
    A.升溫,反應(yīng)②的平衡正向移動
    B.加壓,反應(yīng)①的平衡正向移動,平衡常數(shù)增大
    C.及時(shí)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(yīng)①的CH3OH選擇性降低;加壓,對反應(yīng)②的CO選擇性無影響
    ②250℃時(shí),在體積為VL的容器中,反應(yīng)①和②達(dá)到化學(xué)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(yīng)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(xué)家研究出在S-In催化劑上實(shí)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(yīng)歷程,其中吸附在催化劑表面的物質(zhì)用*標(biāo)注。下列說法正確的是
     
    (填標(biāo)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(jìn)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(fù)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(yīng)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(shí)一些物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成熱(由最穩(wěn)定單質(zhì)生成1mol純物質(zhì)的熱效應(yīng),稱為該物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)自發(fā)進(jìn)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(yīng)tmin時(shí),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(biāo)號)
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    A.使用催化劑Ⅰ時(shí),d點(diǎn)已達(dá)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(diǎn)時(shí),v(H2=3v(CH3OH),則此條件下反應(yīng)已達(dá)到最大限度
    D.c點(diǎn)轉(zhuǎn)化率比a點(diǎn)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(yīng)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(qiáng)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(biāo)表示的是
     
    ,壓強(qiáng):p1
     
    p2(填“>”“=”或“<”)。
    (3)某化學(xué)研究性學(xué)習(xí)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(yīng),并用壓力計(jì)監(jiān)測容器內(nèi)壓強(qiáng)的變化如下:
    反應(yīng)時(shí)間/min 0 5 10 15 20 30
    壓強(qiáng)/MPa 25.2 21.6 19.0 17.4 16.8 16.8
    ①則從反應(yīng)開始到20min時(shí),H2的平均反應(yīng)速率為
     
    。
    ②該條件下,反應(yīng)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(jìn)行計(jì)算的平衡常數(shù),分壓=物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)×P)。
    發(fā)布:2024/9/21 5:0:8組卷:9引用:2難度:0.5
  • 3.科學(xué)家研究高效催化劑對汽車尾氣進(jìn)行無害化處理,反應(yīng)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(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡后,只改變一種條件對該反應(yīng)的正、逆反應(yīng)速率的影響如圖甲所示:
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    ①加催化劑對反應(yīng)速率影響的圖像是
     
     (填字母,下同)。
    ②適當(dāng)升高溫度對反應(yīng)速率影響的圖像是A,該反應(yīng)的正反應(yīng)是
     
    反應(yīng)(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(yīng)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(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式為
     
    。
    ②圖中a、b、c三點(diǎn)對應(yīng)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(yīng)達(dá)到平衡所用的時(shí)間為10min,CO的平衡轉(zhuǎn)化率為40%。達(dá)平衡過程中平均反應(yīng)速率v(N2)=
     
    mol?L-1?min-1;若T1時(shí),該容器中此四種物質(zhì)均為2mol,則此時(shí)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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