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“一碳化學(xué)”是指以含一個(gè)碳原子的化合物合成一系列重要的化工原料和燃料的化學(xué)。利用“一碳化學(xué)”技術(shù)可有效實(shí)現(xiàn)工業(yè)制氫；該工業(yè)制氫方法主要涉及以下兩個(gè)反應(yīng)：
Ⅰ．CH4（g）+CO2（g）?2CO（g）+2H2（g）  ΔH1=+247kJ/mol
Ⅱ．CO（g）+H2O（g）?CO2（g）+H2（g）  ΔH2=-41kJ/mol
（1）298K時(shí)，1gH2燃燒生成H2O（g）放出熱量121kJ，1molH2O（l）蒸發(fā)需要吸熱44kJ。則H2燃燒熱的熱化學(xué)方程式為
H2（g）+
1
2
O2（g）=H2O（l）ΔH=-286kJ/mol
H2（g）+
1
2
O2（g）=H2O（l）ΔH=-286kJ/mol
。
（2）在溫度T下，往恒容密閉容器中通入等物質(zhì)的量的CH4、CO2混合氣體進(jìn)行上述兩個(gè)反應(yīng)，已知初始?jí)簭?qiáng)為100kPa,達(dá)平衡時(shí)CO2與CO的分壓相等，體系壓強(qiáng)為120kPa。
①H2的平衡分壓為
10
10
kPa；則該條件下，反應(yīng)Ⅰ的標(biāo)準(zhǔn)壓強(qiáng)平衡常數(shù)Kθ=
3
400
3
400
。[已知：分壓=總壓×該組分物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)，對(duì)于反應(yīng)dD（g）+eE（g）?gG（g）+hH（g）  Kθ=
（
p
G
p
θ
）
g
?
（
p
H
p
θ
）
h
（
p
D
p
θ
）
d
?
（
p
E
p
θ
）
e
，其中pθ=100kPa,pG、pH、pD、pE為各組分的平衡分壓]。
②體系中H2的平衡含量隨溫度T的變化如圖所示，請(qǐng)解釋H2的含量隨溫度變化的原因：
溫度低于T1時(shí)以反應(yīng)Ⅰ為主導(dǎo)，溫度升高，平衡正向移動(dòng)，H2的含量增大；高于T1時(shí)以反應(yīng)Ⅱ?yàn)橹鲗?dǎo)，溫度升高，平衡逆向移動(dòng)，使得H2的含量減小且CO濃度增大，同時(shí)抑制反應(yīng)Ⅰ產(chǎn)生H2
溫度低于T1時(shí)以反應(yīng)Ⅰ為主導(dǎo)，溫度升高，平衡正向移動(dòng)，H2的含量增大；高于T1時(shí)以反應(yīng)Ⅱ?yàn)橹鲗?dǎo)，溫度升高，平衡逆向移動(dòng)，使得H2的含量減小且CO濃度增大，同時(shí)抑制反應(yīng)Ⅰ產(chǎn)生H2
。
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（3）研究表明，上述反應(yīng)Ⅱ在Fe3O4催化下進(jìn)行，反應(yīng)歷程如下：
第1步：Fe3O4（s）+4CO（g）?3Fe（s）+4CO2（g）（慢反應(yīng)）  ΔH3=-141kJ/mol
第2步：3Fe（s）+4H2O（g）?Fe3O4（s）+4H2（g）（快反應(yīng)）  ΔH4
請(qǐng)?jiān)趫D中畫出CO和H2O（g）在Fe3O4催化下反應(yīng)歷程的能量變化圖（體現(xiàn)各分步熱效應(yīng)數(shù)值）
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。
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（4）工業(yè)上也可利用太陽(yáng)能光伏電池電解水制高純氫，工作示意圖如圖。通過(guò)控制開關(guān)連接K1或K2，可交替得到H2和O2。
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①制H2時(shí)，產(chǎn)生H2的電極反應(yīng)式是
2H2O+2e-=2OH-+H2↑
2H2O+2e-=2OH-+H2↑
。
②改變開關(guān)連接方式，可得O2。
③結(jié)合①和②中電極3的電極反應(yīng)式，說(shuō)明電極3在使用中的優(yōu)點(diǎn)：
制H2時(shí)，電極3發(fā)生反應(yīng)為Ni（OH）2+OH--e-=NiOOH+H2O，制O2時(shí)，上述電極反應(yīng)逆向進(jìn)行，使電極3得以循環(huán)使用
制H2時(shí)，電極3發(fā)生反應(yīng)為Ni（OH）2+OH--e-=NiOOH+H2O，制O2時(shí)，上述電極反應(yīng)逆向進(jìn)行，使電極3得以循環(huán)使用
。
【答案】H2（g）+
1
2
O2（g）=H2O（l）ΔH=-286kJ/mol；10；
3
400
；溫度低于T1時(shí)以反應(yīng)Ⅰ為主導(dǎo)，溫度升高，平衡正向移動(dòng)，H2的含量增大；高于T1時(shí)以反應(yīng)Ⅱ?yàn)橹鲗?dǎo)，溫度升高，平衡逆向移動(dòng)，使得H2的含量減小且CO濃度增大，同時(shí)抑制反應(yīng)Ⅰ產(chǎn)生H2；菁優(yōu)網(wǎng)；2H2O+2e-=2OH-+H2↑；制H2時(shí)，電極3發(fā)生反應(yīng)為Ni（OH）2+OH--e-=NiOOH+H2O，制O2時(shí)，上述電極反應(yīng)逆向進(jìn)行，使電極3得以循環(huán)使用
【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：2024/8/3 8:0:9組卷：14引用：1難度：0.5
相似題
  • 1．當(dāng)今，世界多國(guó)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(guò)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(guò)程Ⅱ
     
    過(guò)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(cè)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(shuō)法正確的是
     
    （填標(biāo)號(hào)）。
    A．升溫，反應(yīng)②的平衡正向移動(dòng)
    B．加壓，反應(yīng)①的平衡正向移動(dòng)，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(duì)反應(yīng)②的CO選擇性無(wú)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(guó)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(shuō)法正確的是
     
    （填標(biāo)號(hào)）。
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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(duì)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．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?；卮鹣铝袉?wèn)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
  • 3．自熱化學(xué)鏈重整制氫CLR（a）工藝的原理如圖所示：
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    回答下列問(wèn)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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