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甲醇既是重要的化工原料,又是一種可再生能源,具有開(kāi)發(fā)和應(yīng)用的廣闊前景,研究甲醇具有重要意義。
(1)利用CO2和H2合成甲醇是CO2資源化利用的重要方法。
①若H2(g)和CH3OH(l)的燃燒熱分別為ΔH=-285.8kJ/mol和ΔH=-726.5kJ/mol,則由CO2和H2反應(yīng)生成液態(tài)甲醇和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式為
CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(l)+H2O(l)△H=-130.9 kJ?mol-1
CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(l)+H2O(l)△H=-130.9 kJ?mol-1
。此反應(yīng)的活化能Ea(正)
Ea(逆)(填“>”或“<”),該反應(yīng)應(yīng)選擇高效
低溫
低溫
催化劑(填“高溫”或“低溫”)。
②下列措施能使CO2的平衡轉(zhuǎn)化率提高的是
AC
AC
(填序號(hào))。
A.增大壓強(qiáng)
B.升高溫度
C.增大H2與CO2的投料比
D.改用更高效的催化劑
(2)利用CH4與O2在催化劑的作用下合成甲醇。
主反應(yīng):CH4+
1
2
O2(g)?CH3OH(g)    ΔH
副反應(yīng):CH4+2O2(g)?CO2(g)+2H2O(g)    ΔH
科技工作者結(jié)合實(shí)驗(yàn)與計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果,研究了CH4、O2和H2O(g)(H2O的作用是活化催化劑)按照一定體積比在催化劑表面合成甲醇的反應(yīng),部分反應(yīng)歷程如圖乙所示(吸附在催化劑表面的物種用“*”標(biāo)注,TS代表過(guò)渡態(tài))。
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①在催化劑表面上更容易被吸附的是
H2O
H2O
(填“H2O”或“O2”)。
②該歷程中正反應(yīng)最大能壘(活化能)為
22.37
22.37
 kJ/mol,寫(xiě)出該步驟的化學(xué)方程式:
*CH4+*OH=*CH3OH+*H
*CH4+*OH=*CH3OH+*H

③在恒溫的剛性密閉容器中,分別按照CH4、O2的體積比為2:1以及CH4、O2、H2O(g)的體積比為2:1:8反應(yīng)相同的時(shí)間,所得產(chǎn)物的選擇性[如甲醇的選擇性=
n
C
H
3
OH
n
C
H
3
OH
+
n
C
O
2
],如圖丙所示:
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向反應(yīng)體系中加入H2O(g)能夠顯著提高甲醇選擇性的原因:
加入H2O(g),可使副反應(yīng)逆向進(jìn)行,二氧化碳的量減小,同時(shí)H2O可以活化催化劑,可提高甲醇選擇性
加入H2O(g),可使副反應(yīng)逆向進(jìn)行,二氧化碳的量減小,同時(shí)H2O可以活化催化劑,可提高甲醇選擇性
。向上述剛性密閉容器中按照體積比2:1:8充入CH4、O2和H2O(g),在450K下達(dá)平衡時(shí),CH4的轉(zhuǎn)化率為50%,CH3OH的選擇性為90%,則副反應(yīng)的壓強(qiáng)平衡常數(shù)Kp=
54.9
54.9
(Kp是以分壓代表的平衡常數(shù),分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))(計(jì)算結(jié)果保留1位小數(shù))。
(3)可利用電解的方法將CO2轉(zhuǎn)化為CH3OH,請(qǐng)寫(xiě)出在酸性條件下的陰極反應(yīng)式:
CO2+6e-+6H+═CH3OH+H2O
CO2+6e-+6H+═CH3OH+H2O
。
【答案】CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(l)+H2O(l)△H=-130.9 kJ?mol-1;<;低溫;AC;H2O;22.37;*CH4+*OH=*CH3OH+*H;加入H2O(g),可使副反應(yīng)逆向進(jìn)行,二氧化碳的量減小,同時(shí)H2O可以活化催化劑,可提高甲醇選擇性;54.9;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(shū)面同意,不得復(fù)制發(fā)布。
發(fā)布:2024/4/20 14:35:0組卷:58引用:2難度:0.5
相似題
  • 1.乙烯是一種重要的基本化工原料,乙烯的產(chǎn)量可以衡量一個(gè)國(guó)家的石油化工發(fā)展水平,研究工業(yè)制取乙烯有重要的意義。
    Ⅰ.工業(yè)用H2和CO2在一定條件下合成乙烯:6H2(g)+2CO2(g)?CH2=CH2(g)+4H2O(g) ΔH1
    已知:①2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)ΔH2=-571.4kJ?mol-1
    ②CH2=CH2(g)+3O2(g)→2CO2(g)+2H2O(l)ΔH3=-1411kJ?mol-1
    ③H2O(g)=H2O(l)ΔH4=-44kJ?mol-1
    (1)ΔH1=
     
    。
    (2)在恒容密閉容器中充入體積比為3:1的H2和CO2,不同溫度對(duì)CO2的平衡轉(zhuǎn)化率和催化劑催化效率的影響如圖所示,下列說(shuō)法正確的是
     
    (不定項(xiàng)選擇)。
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    A.為了提高乙烯的產(chǎn)率應(yīng)盡可能選擇低溫
    B.生成乙烯的速率:v(M)可能小于v(N)
    C.平衡常數(shù):KM<KN
    D.M點(diǎn)時(shí)的壓強(qiáng)一定小于N點(diǎn)時(shí)的壓強(qiáng)
    Ⅱ.工業(yè)用甲烷催化法制取乙烯:2CH4(g)?C2H4(g)+2H2(g) ΔH>0,T℃時(shí),向4L的恒容反應(yīng)器中充入2molCH4,僅發(fā)生上述反應(yīng),反應(yīng)過(guò)程中CH4的物質(zhì)的量隨時(shí)間變化如圖所示:
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    (3)實(shí)驗(yàn)測(cè)得v=kc2(CH4),v=kc(C2H4)?c2(H2),k、k為速率常數(shù),只與溫度有關(guān),T℃時(shí)k與k的比值為
     
    (用含x的代數(shù)式表示);若將溫度升高,速率常數(shù)增大的倍數(shù):k
     
    (填“>”“=”或“<”)k
    Ⅲ.乙烷裂解制乙烯:C2H6(g)?C2H4(g)+H2(g)。
    (4)T℃時(shí),將乙烷與氦氣體積比2:1混合后,通入一恒壓容器中發(fā)生反應(yīng)。平衡時(shí)容器壓強(qiáng)為PPa,若乙烷的平衡轉(zhuǎn)化率為50%,反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp=
     
    (用分壓表示,分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。
    發(fā)布:2024/9/22 6:0:8組卷:8引用:2難度:0.5
  • 2.亞硝酰氯(NOCl)是有機(jī)合成中的重要試劑,可由NO和Cl2反應(yīng)得到,化學(xué)方程式為2NO(g)+Cl2(g)?2NOCl(g)。
    (1)氮氧化物與懸浮在大氣中的海鹽粒子相互作用時(shí)會(huì)生成亞硝酰氯,涉及如下反應(yīng):
    ①2NO2(g)+NaCl(s)?NaNO3(s)+NOCl(g)K1
    ②4NO2(g)+2NaCl(s)?2NaNO3(s)+2NO(g)+Cl2(g)K2
    ③2NO(g)+Cl2(g)?2NOCl(g)K3
    反應(yīng)①②③對(duì)應(yīng)的平衡常數(shù)依次為K1、K2、K3,則K3與K1、K2之間的關(guān)系為
     
    。
    (2)300℃時(shí),2NOCl(g)?2NO(g)+Cl2(g)。正反應(yīng)速率的表達(dá)式為v═k?cn(NOCl)(k為帶有單位的速率常數(shù),其值只與溫度有關(guān)),測(cè)得速率與濃度的關(guān)系如表所示:
    序號(hào) c(NOCl)/mol?L-1 v/mol?L-1?s-1
    0.30 3.60×10-9
    0.60 l.44×10-8
    0.90 3.24×10-8
    n═
     
    ,k═
     

    (3)25℃時(shí),向體積為2L且?guī)鈮河?jì)的恒容密閉容器中通入一定量NO和Cl2合成NOCl,方程式為2NO(g)+Cl2(g)?2NOCl(g)ΔH若反應(yīng)起始和平衡時(shí)溫度相同,測(cè)得反應(yīng)過(guò)程中壓強(qiáng)(p)隨時(shí)間(t)的變化如圖1曲線a所示,則ΔH
     
    (填“>”“<”或“不確定”)0;若其他條件相同,僅改變某一條件時(shí),測(cè)得其壓強(qiáng)(p)隨時(shí)間(t)的變化如圖1曲線b所示,則改變的條件是
     

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    (4)若把2molNO和1molCl2加入到一恒壓的密閉容器中發(fā)生反應(yīng),平衡時(shí)NO的轉(zhuǎn)化率與溫度T、壓強(qiáng)p(總壓)的關(guān)系如圖2所示,若反應(yīng)一直保持在p壓強(qiáng)條件下進(jìn)行,則M點(diǎn)的分壓平衡常數(shù)Kp
     
    (用含p的表達(dá)式表示,用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算,分壓═總壓×體積分?jǐn)?shù))。
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    發(fā)布:2024/9/22 4:0:8組卷:3引用:2難度:0.5
  • 3.載人航天器是航天員賴以生存的空間,必須給航天員提供基本的生存條件,涉及氧氣再生,二氧化碳清除,水處理等。
    (1)國(guó)際空間站處理CO2的一個(gè)重要方法是將CO2還原,發(fā)生薩巴蒂爾反應(yīng),方程式如下:
    CO2(g)+4H2(g)
    催化劑
    2H2O(g)+CH4(g)
    薩巴蒂爾反應(yīng)生成的水可電解產(chǎn)生氧氣,實(shí)現(xiàn)氧再生。
    ①已知H2O(g)=H2O(l)ΔH=-44kJ/mol,H2的燃燒熱ΔH為286kJ/mol,CH4的燃燒熱ΔH為-890.6kJ/mol,則薩巴蒂爾反應(yīng)的ΔH
     
    。有利于薩巴蒂爾反應(yīng)的條件是
     

    A.高溫高壓
    B.低溫低壓
    C.高溫低壓
    D.低溫高壓
    ②在恒容密閉容器中加入CO2和H2,其分壓分別20kPa和40kPa,一定條件下發(fā)生薩巴蒂爾反應(yīng)。某時(shí)刻測(cè)得H2O(g)的分壓15kPa,CH4的反應(yīng)速率v(CH4)=1.2×10-6p(CO2)p4(H2)(kPa?s-1),則該時(shí)刻v(H2)=
     
    。
    (2)已知薩巴蒂爾反應(yīng)Ⅰ發(fā)生的同時(shí)也會(huì)發(fā)生副反應(yīng)Ⅱ:
    反應(yīng)ⅠCO2(g)+4H2(g)
    催化劑
    2H2O(g)+CH4(g)ΔH1
    反應(yīng)ⅡCO2(g)+H2(g)?CO(g)+H2O(g)ΔH2=+41.2kJ/mol
    將CO2和H2按體積比1:4混合(n=5 mol),勻速通入裝有Ru/TiO2催化劑的反應(yīng)容器中發(fā)生反應(yīng)Ⅰ和反應(yīng)Ⅱ反應(yīng)相同時(shí)間,CO2轉(zhuǎn)化率、CH4和CO選擇性(選擇性:轉(zhuǎn)化的CO2中生成CH4或CO的百分比)隨溫度變化曲線分別如圖所示。
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    ①a點(diǎn)的正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率的大小關(guān)系為v正(a)
     
    v逆(a)(填“>*“-”或“<“)。
    ②Ru/TiO2催化劑在較低溫度主要選擇
     
    (填“反應(yīng)Ⅰ”或“反應(yīng)Ⅱ”),試從反應(yīng)動(dòng)力學(xué)角度分析其原因
     

    ③350℃~400℃溫度區(qū)間,CO2轉(zhuǎn)化率呈現(xiàn)減小的變化趨勢(shì),其可能原因是
     
    。
    A.催化劑活性降低
    B.平衡常數(shù)變小
    C.副反應(yīng)增多
    D.反應(yīng)活化能增大
    ④350℃時(shí),反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)容器體積為5L,求該溫度下反應(yīng)Ⅰ的平衡常數(shù)K=
     
    。
    發(fā)布:2024/9/22 5:0:8組卷:4引用:1難度:0.5
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