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CO2催化加氢制甲醇,是极具前景的温室气体资源化研究领域。在某CO催化加氢制甲醇...

CO2催化加氢制甲醇,是极具前景的温室气体资源化研究领域。在某CO催化加氢制甲醇的反应体系中,发生的主要反应有:

i.CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)    △H1=-49.4kJ·mol-1

ⅱ.CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)     △H2=+41.2kJ·mol-1

ⅲ.CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)     △H3

1)△H3________ kJ·mol-1

25MPa时,往某密闭容器中按投料比nH2):nCO2)=31充入H2CO2。反应达到平衡时,测得各组分的物质的量分数随温度变化的曲线如图所示。

①体系中CO2的物质的量分数受温度的影响不大,原因是____

250℃时,反应ii的平衡常数____1(填“>”“<”或“=”)。

③下列措施中,无法提高甲醇产率的是____(填标号)。

A 加入适量CO    B 增大压强  C 循环利用原料气    D 升高温度

④如图中XY分别代表____(填化学式)。

3)反应i可能的反应历程如下图所示。

注:方框内包含微粒种类及数目、微粒的相对总能量(括号里的数字或字母,单位:eV)。其中,TS表示过渡态、*表示吸附在催化剂上的微粒。

①反应历程中,生成甲醇的决速步骤的反应方程式为____

②相对总能量E=____(计算结果保留2位小数)。(已知:leV=1.6×10-22kJ

4)用电解法也可实现CO2加氢制甲醇(稀硫酸作电解质溶液)。电解时,往电解池的____极通入氢气,阴极上的电极反应为____

 

-90.6 温度改变时,反应i和反应ii平衡移动方向相反 < D CO、CH3OH HCOOH*+2H2(g)=H2COOH*+3/2H2 -0.51 阳 CO2+6e-+6H+=CH3OH+H2O 【解析】 (1)已知: i.CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) △H1=-49.4kJ·mol-1 ⅱ.CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) △H2=+41.2kJ·mol-1 ⅲ.CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) △H3 根据盖斯定律可知反应i-ii可得反应iii,所以△H3=△H1-△H2=-49.4kJ/mol-41.2kJ/mol=-90.6kJ/mol; (2) △H1<0,△H3<0,即生成甲醇的反应均为放热反应,所以温度升高平衡时甲醇的物质的量分数应减小,△H2>0,生成CO的反应为吸热反应,所以随温度升高CO平衡时的物质的量分数会变大,二者共同作用导致水蒸气减小幅度小于甲醇,所以Z代表H2O,Y代表CH3OH,X代表CO。 ①依据主要反应的化学方程式可知,反应i消耗CO2,反应ii逆向产生CO2,最终体系内CO2的物质的量分数与上述两个反应进行的程度相关。由于△H1<0而△H2>0,根据勒夏特列原理,温度改变时,反应i和反应ii平衡移动方向相反,且平衡移动程度相近,导致体系内CO2的物质的量分数受温度的影响不大; ②反应ii平衡常数K=,该反应前后气体体积计量数之和不变,所以可以用物质的量分数来代表浓度估算K值,据图可知250℃时,CO2与H2的物质的量分数大于CO和H2O的物质的量分数,所以K<1; ③A. 加入适量CO,促使反应iii平衡正向移动,产生更多的CH3OH,而反应ii平衡逆向移动,又可减少CO2转化为CO,使更多的CO2通过反应i转化为CH3OH,故CH3OH产率提高,A项正确; B. 增大压强,有利于反应i和iii的平衡正向移动,而对反应ii无影响,B项正确; C. 循环利用原料气能提高CO2的转化率,使CH3OH的产率提高,C项正确; D. 由图可知,升温,CH3OH的物质的量分数下降,产率降低,D项错误; 综上所述选D; ④根据分析可知X代表CO,Y代表CH3OH; (3)①生成CH3OH的决速步骤,指反应历程中反应速率最慢的反应。速率快慢则由反应的活化能决定,活化能越大,反应速率越慢。仔细观察并估算表中数据,找到活化能(过渡态与起始态能量差)最大的反应步骤为:HCOOH*+2H2(g)=H2COOH*+3/2H2,Ea=-0.18-(-1.66)= 1.48 eV; ②反应i的△H1= -49.4kJ/mol,指的是1mol CH3OH(g)和1molH2O(g)的总能量与1 mol CO2(g)和3mol H2(g)的总能量之差,而反应历程图中的E表示的是1个CH3OH分子和1个H2O分子的相对总能量与1个CO2分子和3个H2分子的相对总能量之差(单位为cV),且将起点的相对总能量设定为0。所以,作如下换算即可求得相对总能量E: E===-0.51eV; (4)因为电解过程CO2被还原为CH3OH,H2应发生氧化反应,故氢气通入阳极附近溶液中;而阴极上CO2转化为CH3OH,碳元素从+4价降为-2价,电解质溶液为硫酸,所以电极方程式为:CO2+6e-+6H+=CH3OH+H2O。
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实验室里,从废旧钴酸锂离子电池的正极材料(在铝箔上涂覆活性物质 LiCoO2)中,回收钴、锂的操作流程如图所示:

回答下列问题。

(1)拆解废旧电池获取正极材料前,先将其浸入 NaCl 溶液中,使电池短路而放电,此时溶液温度升高,该过程中能量的主要转化方式为_____

(2)“碱浸过程中产生的气体是_____过滤所得滤液用盐酸处理可得到氢氧化铝,反应的化学方程式为_________

(3)“酸浸时主要反应的离子方程式为_____;若硫酸、Na2S2O3 溶液用一定浓度的盐酸替代,也可以达到酸浸的目的,但会产生_________(填化学式)污染环境。

(4)“沉钴时,调 pH 所用的试剂是_____沉钴后溶液中 c(Co2+)=_____(已知:Ksp[Co(OH)2]=1.09×l0-15)

(5)根据如图判断,沉锂中获得Li2CO3 固体的操作主要包括______________、洗涤、干燥等步骤。

 

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苯胺()是重要的化工原料。某兴趣小组在实验室里进行苯胺的相关实验。

已知:① NH3 相似,与盐酸反应生成易溶于水的盐

②用硝基苯制取苯胺的反应原理:2+3Sn+12HCl→2+3SnCl4+4H2O

③有关物质的部分物理性质见表:

物质

熔点/

沸点/

溶解性

密度/gcm-3

苯胺

-6.3

184

微溶于水,易溶于乙醚

1.02

硝基苯

5.7

210.9

难溶于水,易溶于乙醚

1.23

乙醚

-116.2

34.6

微溶于水

0.7134

 

 

.比较苯胺与氨气的性质

(1)将分别蘸有浓氨水和浓盐酸的玻璃棒靠近,产生白烟,反应的化学方程式为__________;用苯胺代替浓氨水重复上述实验,却观察不到白烟,原因是______

.制备苯胺。往图所示装置(夹持装置略,下同)的冷凝管口分批加入 20mL 浓盐酸(过量),置于热水浴中回流 20min,使硝基苯充分还原;冷却后,往三颈烧瓶中滴入一定量 50% NaOH 溶液,至溶液呈碱性。

(2)冷凝管的进水口是____(“a”“b”)

(3)滴加 NaOH 溶液的主要目的是析出苯胺,反应的离子方程式为______________

.提取苯胺。

i.取出上图所示装置中的三颈烧瓶,改装为如图所示装置:

ii.加热装置 A 产生水蒸气,烧瓶 C 中收集到苯胺与水的混合物;分离混合物得到粗苯胺和水溶液。

ii.往所得水溶液加入氯化钠固体,使溶液达到饱和状态,再用乙醚萃取,得到乙醚萃取液。

iii.合并粗苯胺和乙醚萃取液,用 NaOH 固体干燥,蒸馏后得到苯胺 2.79g

(4)装置B无需用到温度计,理由是______

(5)操作i中,为了分离混合物,取出烧瓶C前,应先打开止水夹d,再停止加热,理由是__________

(6)该实验中苯胺的产率为 _____________

(7)欲在不加热条件下除去苯胺中的少量硝基苯杂质,简述实验方案: _________________

 

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室温下,向某Na2CO3NaHCO3的混合溶液中逐滴加入BaCl2溶液,溶液中lgc(Ba2+)的变化关系如图所示。下列说法正确的是(   

(已知:H2CO3Ka1Ka2分别为4.2×10-75.6×10-11)

A.a对应溶液的pH小于b

B.b对应溶液的c(H+)=4.2×10-7mol·L-1

C.a→b对应的溶液中减小

D.a对应的溶液中一定存在:2c(Ba2+)+c(Na+)+c(H+)=3c(HCO3-)+c(Cl-)+c(OH-)

 

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我国某科研团队设计了一种新型能量存储/转化装置(如下图所示)。闭合K2、断开K1时,制氢并储能;断开K2、闭合K1时,供电。下列说法错误的是

A.制氢时,溶液中K+Pt电极移动

B.制氢时,X电极反应式为

C.供电时,Zn电极附近溶液的pH降低

D.供电时,装置中的总反应为

 

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某同学按如图所示实验装置探究铜与浓硫酸的反应,记录实验现象如表。下列说法正确的是  

试管

实验现象

溶液仍为无色,有白雾、白色固体产生

有大量白色沉淀产生

有少量白色沉淀产生

品红溶液褪色

 

A.②中白色沉淀是BaSO3

B.①中可能有部分浓硫酸挥发了

C.为了确定①中白色固体是否为硫酸铜,可向冷却后的试管中注入水,振荡

D.实验时若先往装置内通入足量N2,再加热试管①,实验现象不变

 

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