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“液態(tài)陽(yáng)光”(Liquid  Sunshine),即“清潔甲醇”,是指生產(chǎn)過(guò)程中碳排放極低或?yàn)榱銜r(shí)制得的甲醇。
Ⅰ.利用太陽(yáng)能光解水制備的H2與CO2反應(yīng),即可制備清潔燃料甲醇,以助力“碳中和”。CO2加氫制備甲醇的反應(yīng)體系中將發(fā)生以下化學(xué)反應(yīng):
①CO2合成甲醇反應(yīng):CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)ΔH1
②逆水煤氣變換反應(yīng):CO2(g)+H2(g)?CO(g)+H2O(g)ΔH2=+41.17kJ/mol
③CO合成甲醇反應(yīng):CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)ΔH3=-90.18kJ/mol
(1)科學(xué)家研究表明,使用Cu/ZnO/Al2O3催化劑可以顯著提高合成甲醇的效率。基態(tài)Cu的價(jià)層電子排布式為
3d104s1
3d104s1
,Zn元素位于元素周期表
ds
ds
區(qū)。
(2)由CO2與H2合成甲醇的反應(yīng)熱ΔH1=
-49.01kJ/mol
-49.01kJ/mol
。
(3)在不同壓強(qiáng)下,按照n(CO2):n(H2)=1:3進(jìn)行投料,在容器中發(fā)生上述三個(gè)反應(yīng),平衡時(shí),CO和CH3OH在含碳產(chǎn)物(CH3OH和CO)中物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)及CO2的轉(zhuǎn)化率隨溫度的變化如圖所示。
菁優(yōu)網(wǎng)?
①壓強(qiáng)p1、p2、p3由小到大的順序?yàn)?
p3<p2<p1
p3<p2<p1
,曲線
m
m
(填“m”或“n”)代表CH3OH在含碳產(chǎn)物中物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)。
②為同時(shí)提高CO2轉(zhuǎn)化率和甲醇的選擇性,請(qǐng)寫出一條可以采取的措施:
適當(dāng)降低溫度,增大壓強(qiáng)
適當(dāng)降低溫度,增大壓強(qiáng)
。
(4)在溫度為250℃,體積為2L的密閉容器中,通入1molCO2和3molH2,達(dá)到平衡時(shí),容器中CO2轉(zhuǎn)化率為60%,CO濃度為0.15mol/L,則逆水煤氣變換反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K=
0.25
0.25
,此時(shí)產(chǎn)物CH3OH的選擇性S(CH3OH)=
50%
50%

[注:
S
C
H
3
OH
=
n
C
H
3
OH
n
C
H
3
OH
+
n
CO
×
100
%
]。
(5)光催化CO2也可以制備清潔燃料甲醇。銅基納米光催化材料還原CO2的機(jī)理如圖所示,光照時(shí)低能價(jià)帶失去電子并產(chǎn)生空穴(h+,具有強(qiáng)氧化性)。光催化原理與電解原理類似,請(qǐng)寫出高能導(dǎo)帶的電極反應(yīng)式:
CO2+6e-+6H+═CH3OH+H2O
CO2+6e-+6H+═CH3OH+H2O

菁優(yōu)網(wǎng)?
【答案】3d104s1;ds;-49.01kJ/mol;p3<p2<p1;m;適當(dāng)降低溫度,增大壓強(qiáng);0.25;50%;CO2+6e-+6H+═CH3OH+H2O
【解答】
【點(diǎn)評(píng)】
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:2024/9/11 15:0:8組卷:11引用:1難度:0.5
相似題
  • 1.科學(xué)家研究高效催化劑對(duì)汽車尾氣進(jìn)行無(wú)害化處理,反應(yīng)原理為2CO(g)+2NO(g)
    催化劑
    2CO2(g)+N2(g)ΔH。回答下列問題:
    (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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)應(yīng)的平衡常數(shù)Ka、Kb,Kc相對(duì)大小關(guān)系是
     
    ,m1、m2、m3相對(duì)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(guò)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:60引用:2難度:0.5
  • 2.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、NOx、烴類等等。
    (1)在一定條件下,CH4可與NOx反應(yīng)除去NOx,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。
    菁優(yōu)網(wǎng)
    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(shuō)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(shuō)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)Kp=
     
    (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
  • 3.自熱化學(xué)鏈重整制氫CLR(a)工藝的原理如圖所示:
    菁優(yōu)網(wǎng)
    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(lái)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(wú)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
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