將CO2轉(zhuǎn)化為有機(jī)燃料是實(shí)現(xiàn)碳資源可持續(xù)利用的有效途徑。
(1)催化加氫制甲醇。向容積為2L的恒容、絕熱密閉容器中通入2.0molCO2和3.0molH2,發(fā)生反應(yīng)如下:
CO2(g)+3H2(g) 催化劑 CH3OH(g)+H2O(g) ΔH=-49.5kJ?mol-1
①反應(yīng)在5min時(shí)達(dá)平衡,測得此時(shí)容器內(nèi)CO2(g)與CH3OH(g)的物質(zhì)的量之比為1:3,則前5min內(nèi),該反應(yīng)的平均反應(yīng)速率v(H2)=0.45mol?L-1?min-10.45mol?L-1?min-1。
②下列可用來判斷該反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)的有 ADAD(填標(biāo)號)。
A.v正(CO2)=v逆(H2O)
B.容器中c(CH3OH)=c(H2O)
C.混合氣體的密度保持不變
D.容器內(nèi)的溫度保持不變
③兩分子甲醇可進(jìn)一步脫水制得二甲醚:2CH3OH(g)=CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH=-23.4kJ?mol-1,則2CO2(g)+6H2(g)=CH3OCH3(g)+3H2O(g) 的ΔH=-122.4kJ?mol-1-122.4kJ?mol-1。
(2)催化加氫制甲烷。向恒壓、密閉容器中通入1molCO2和4molH2,在催化劑作用下發(fā)生如下反應(yīng):
反應(yīng)Ⅰ:CO2(g)+4H2(g)=CH4(g)+2H2O(g) ΔH=-164.7kJ?mol-1
反應(yīng)Ⅱ:CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g) ΔH=+41.2kJ?mol-1
反應(yīng)Ⅲ:2CO(g)+2H2(g)=CO2(g)+CH4(g) ΔH=-247.1kJ?mol-1
上述反應(yīng)達(dá)平衡時(shí),容器中CO2、CH4和CO的物質(zhì)的量隨溫度的變化關(guān)系如圖所示。
①曲線A表示 CH4CH4的物質(zhì)的量隨溫度的變化。
②800℃時(shí)曲線B代表物質(zhì)的物質(zhì)的量遠(yuǎn)大于400℃時(shí)的物質(zhì)的量,其原因是 反應(yīng)Ⅱ的△H>0,高溫時(shí)正反應(yīng)進(jìn)行的程度(或化學(xué)平衡常數(shù))很大,達(dá)到平衡時(shí)生成的CO很多;反應(yīng)Ⅲ的△H<0,高溫時(shí)正反應(yīng)進(jìn)行的程度(或化學(xué)平衡常數(shù))很小,達(dá)到平衡時(shí)消耗的CO很少反應(yīng)Ⅱ的△H>0,高溫時(shí)正反應(yīng)進(jìn)行的程度(或化學(xué)平衡常數(shù))很大,達(dá)到平衡時(shí)生成的CO很多;反應(yīng)Ⅲ的△H<0,高溫時(shí)正反應(yīng)進(jìn)行的程度(或化學(xué)平衡常數(shù))很小,達(dá)到平衡時(shí)消耗的CO很少。
③曲線C代表物質(zhì)的物質(zhì)的量隨溫度的升高,先逐漸增大后逐漸減小。在200~600℃間,曲線C逐漸上升的原因是 反應(yīng)Ⅰ、反應(yīng)Ⅲ的△H<0,均為放熱反應(yīng),升高溫度,平衡左移;反應(yīng)Ⅱ的△H>0,溫度升高,平衡右移;溫度對反應(yīng)Ⅰ影響程度大于對反應(yīng)Ⅱ、反應(yīng)Ⅲ的影響程度之和反應(yīng)Ⅰ、反應(yīng)Ⅲ的△H<0,均為放熱反應(yīng),升高溫度,平衡左移;反應(yīng)Ⅱ的△H>0,溫度升高,平衡右移;溫度對反應(yīng)Ⅰ影響程度大于對反應(yīng)Ⅱ、反應(yīng)Ⅲ的影響程度之和。
催化劑
【答案】0.45mol?L-1?min-1;AD;-122.4kJ?mol-1;CH4;反應(yīng)Ⅱ的△H>0,高溫時(shí)正反應(yīng)進(jìn)行的程度(或化學(xué)平衡常數(shù))很大,達(dá)到平衡時(shí)生成的CO很多;反應(yīng)Ⅲ的△H<0,高溫時(shí)正反應(yīng)進(jìn)行的程度(或化學(xué)平衡常數(shù))很小,達(dá)到平衡時(shí)消耗的CO很少;反應(yīng)Ⅰ、反應(yīng)Ⅲ的△H<0,均為放熱反應(yīng),升高溫度,平衡左移;反應(yīng)Ⅱ的△H>0,溫度升高,平衡右移;溫度對反應(yīng)Ⅰ影響程度大于對反應(yīng)Ⅱ、反應(yīng)Ⅲ的影響程度之和
【解答】
【點(diǎn)評】
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發(fā)布:2024/6/27 10:35:59組卷:39引用:2難度:0.6
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2.催化還原CO2是解決溫室效應(yīng)及能源問題的重要手段之一。研究表明,在Cu/ZnO催化劑存在下,CO2和H2可發(fā)生以下兩個(gè)平衡反應(yīng)。下列有關(guān)說法不正確的是( ?。?br />①CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)△H1=-53.7kJ?mol-1
②CO2(g)+H2(g)?CO(g)+H2O(g)△H2=+41.2kJ?mol-1發(fā)布:2025/1/6 6:0:5組卷:90引用:3難度:0.5 -
3.現(xiàn)代工業(yè)將煤汽化,既可以提高燃料的利用率、減少CO、SO2等的排放,又可以擴(kuò)大水煤氣的用途.甲醇是一種可再生能源,具有開發(fā)和應(yīng)用的廣闊前景,工業(yè)上一般可采用水煤氣來合成甲醇CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g).
(1)如圖1是該反應(yīng)在不同溫度下CO的轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間變化的曲線.
①T1和T2溫度下的平衡常數(shù)大小關(guān)系是K1K2(填“>”、“<”或“=”).
②以下有關(guān)說法正確的是
a.恒溫、恒容條件下,容器內(nèi)的壓強(qiáng)不發(fā)生變化則可逆反應(yīng)達(dá)到平衡
b.一定條件下,H2的消耗速率是CO的消耗速率的2倍時(shí)可逆反應(yīng)達(dá)到平衡
c.使用合適的催化劑能縮短達(dá)到平衡的時(shí)間并提高CH3OH的產(chǎn)率
d.某溫度下,將2molCO和6molH2充入2L的密閉容器中,充分反應(yīng),達(dá)到平衡后,測得c(CO)=0.2mol/L,則CO的轉(zhuǎn)化率為80%
(2)已知在常溫常壓下①2CH3OH(1)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(g)△H=-akJ?mol-1
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則:CH3OH(1)+O2(g)=CO(g)+2H2O(1)△H=
(3)2009年10月,中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所在甲醇燃料電池技術(shù)方面獲得新突破,組裝出了自呼吸電池及主動(dòng)式電堆.甲醇燃料電池的工作原理如圖2所示.
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