碳基能源的大量消耗使大气中CO2浓度持续不断地增加，以CO2为原料加氢合成，甲烷...

碳基能源的大量消耗使大气中CO2浓度持续不断地增加，以CO2为原料加氢合成，甲烷等能源物质具有较好的发展前景。回答下列问题：

(1)CO2催化(固体催化剂)加氢合成甲烷过程发生以下两个反应：

主反应：CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g) △H1=akJ·mol-1

副反应：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) △H2=41.1kJ·mol-1

已知相关的化学键键能数据如下：

则a=___。加氢合成甲烷时，通常控制温度为500℃，不能过高也不宜过低的原因是___。

(2)为了提高CO2加氢制CH4过程中CH4选择性(CH4选择性=×100%)，主要是通过对催化剂的合理选择来实现。

①CO2加氢制CH4的一种催化机理如图，下列说法正确的是___(填标号)。

A.催化过程使用的催化剂为La2O3和La2O2CO3

B.La2O2CO3可以释放出CO2*(活化分子)

C.H2经过Ni活性中心裂解产生活化态H*的过程为放热过程

D.CO2加氢制CH4的过程需要La2O3和Ni共同催化完成

②保持500℃不变，向1L密闭容器中充入4molCO2和12molH2发生反应，若初始压强为p，20min后，主、副反应都达到平衡状态，测得此时c(H2O)=5mol·L-1，体系压强变为0.75p，则主、副反应的综合热效应为___，v(CH4)=___mol·L-1·min-1，CH4选择性=___(保留三位有效数字)，主反应的平衡常数K=___。

(3)CO2的光电催化反应器如图所示。以TiO2为阳极，通过光解水产生电子和质子，而后传递到阴极(Pt/CNT)诱导阴极催化还原CO2制得异丙醇。

①阴极常伴有析氢等副反应发生，为此选用了电化学催化剂，其依据是___。

②阴极生成异丙醇的电极反应为___。

-156.9 温度低于500℃，反应速率低，温度高于500℃，平衡向生成CO的方向移动程度增大，都不利于甲烷的生成 BD 放出272.7kJ 0.1 66.7% (或0.62) 催化剂具有较高的催化活性和产物选择性，能抑制析氢反应 3CO2+18H++18e-=CH3CH(OH)CH3+5H2O 【解析】 (1)根据△H=反应物的总键能-生成物的总键能计算a值；温度及影响反应进行的快慢，还影响平衡移动的方向； (2)①A．根据CO2加氢制CH4的催化机理图示，催化过程使用的催化剂为La2O3，La2O2CO3为中间产物； B．根据图示，La2O2CO3可以释放出CO2*(活化分子)； C．H2经过Ni活性中心裂解产生活化态H*的过程为断开化学键的过程； D．根据图示，La2O3是将CO2转化为CO2*(活化分子)的催化剂，Ni是将H2转化为活化态H*的催化剂； ②设平衡时生成CH4的物质的量为xmol，根据主反应CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)，生成2xmol H2O(g)，消耗xmol CO2和4xmol H2，设平衡时生成CO的物质的量为ymol，根据副反应CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)，生成ymol H2O(g)，消耗ymol CO2和ymol H2，则平衡时剩余CO2的物质的量=(4-x-y)mol，剩余H2的物质的量=(12-4x-y)mol，生成水蒸汽的物质的量为(2x+y)mol，由题意平衡时测得c(H2O)=5mol·L-1，即n(H2O)=5mol，则2x+y=5；相同条件下，压强之比等于物质的量之比，则，解出x、y，再根据题意分别计算解答； (3)①催化剂对产物的生成具有选择性，可防止副反应的发生； ②根据题意，结合图示与电源a极相连的为电解池的阴极，阴极得电子，发生还原反应，CO2中C元素的化合价为+4价，异丙醇(CH3CH(OH)CH3)中C元素的化合价为-2价，氢离子向阴极移动，据此分析书写电极反应式。 (1)已知副反应：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)，△H2=41.1kJ·mol-1=反应物的总键能-生成物的总键能=E(CO2)+436kJ·mol-1-1076kJ·mol-1-2×463kJ·mol-1，则二氧化碳总键能E(CO2)= 41.1kJ·mol-1-436kJ·mol-1+1076kJ·mol-1+2×463kJ·mol-1=1607.1 kJ·mol-1；主反应CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)，△H1=akJ·mol-1=反应物的总键能-生成物的总键能=436 kJ·mol-1×4+1607.1 kJ·mol-1-4×414 kJ·mol-1-4×463 kJ·mol-1=-156.9 kJ·mol-1，则a=-156.9；温度及影响反应进行的快慢，还影响平衡移动的方向，加氢合成甲烷时，温度低于500℃，反应速率低，温度高于500℃，对于副反应CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)，正反应吸热，平衡向生成CO的方向移动程度增大，都不利于甲烷的生成； (2)①A．根据CO2加氢制CH4的催化机理图示，催化过程使用的催化剂为La2O3，La2O2CO3为中间产物，故A错误； B．根据图示，La2O2CO3可以释放出CO2*(活化分子)，故B正确； C．H2经过Ni活性中心裂解产生活化态H*的过程为断开化学键的过程，断键吸收热量，故C错误； D．根据图示，La2O3是将CO2转化为CO2*(活化分子)的催化剂，Ni是将H2转化为活化态H*的催化剂，则加氢制CH4的过程需要La2O3和Ni共同催化完成，故D正确；答案选BD； ②保持500℃不变，向1L密闭容器中充入4molCO2和12molH2发生反应，若初始压强为p，20min后反应都达到平衡状态，体系压强变为0.75p，设平衡时生成CH4的物质的量为xmol，根据主反应CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)，生成2xmol H2O(g)，消耗xmol CO2和4xmol H2，设平衡时生成CO的物质的量为ymol，根据副反应CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)，生成ymol H2O(g)，消耗ymol CO2和ymol H2，则平衡时剩余CO2的物质的量=(4-x-y)mol，剩余H2的物质的量=(12-4x-y)mol，生成水蒸汽的物质的量为(2x+y)mol，由题意平衡时测得c(H2O)=5mol·L-1，即n(H2O)=5mol，则2x+y=5；相同条件下，压强之比等于物质的量之比，则，，解得x=2，根据2x+y=5可得y=1；根据主反应CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)△H1=-156.9 kJ·mol-1可得，生成1mol CH4放出的热量为156.9kJ，结合上述分析，达到平衡时生成2mol CH4，则放出的热量=156.9kJ×2=313.8kJ，根据副反应：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) △H2=41.1kJ·mol-1可知，生成1mol CO吸收41.1kJ的热量，结合上述分析，达到平衡时生成1mol CO，则吸收41.1kJ的热量，因此主、副反应的综合热效应为放热，放出的热量=313.8kJ-41.1kJ=272.7kJ；达到平衡时甲烷的物质的量变化量为2mol，则v(CH4)==0.1mol·L-1·min-1；根据上述分析，CH4的平衡浓度为=2mol/L，CO2的转化浓度为=3mol/L，则CH4选择性=×100%=×100%=66.7%；主反应CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)的平衡常数K==(或0.62)； (3)①阴极常伴有析氢等副反应发生，为此选用了电化学催化剂，其依据是催化剂具有较高的催化活性和产物选择性，能抑制析氢反应发生； ②电解池的阴极得电子，发生还原反应，CO2中C元素的化合价为+4价，异丙醇(CH3CH(OH)CH3)中C元素的化合价为-2价，生成1mol异丙醇(CH3CH(OH)CH3)转移18mole-，则结合图示，阴极生成异丙醇的电极反应为3CO2+18H++18e-=CH3CH(OH)CH3+5H2O。

复制答案

考点分析：

相关试题推荐

铼(Re)是熔点和沸点较高的金属单质之一，用于制造高效能喷射引擎和火箭引擎。从辉钼矿氧化焙烧后的烟道灰(主要成分有SiO2、Re2O7、MoO3、CuO、Fe3O4)中提取铼粉的流程如图：

已知：

I.过铼酸(HReO4)是易溶于水的一元强酸，但不具有强氧化性。

II.过铼酸铵(NH4ReO4)是白色片状晶体，微溶于冷水，溶于热水。

回答下列问题：

（1）“碱浸”时，Re2O7和MoO3与NaOH发生以下反应：Re2O7+2NaOH=2NaReO4+H2O；MoO3+2NaOH=Na2MoO4+H2O，则“滤渣I”的成分为___。

（2）①“还原”时，Zn被氧化成ZnO，NaReO4被还原生成难溶的2ReO2·2H2O，该反应的离子方程式为___。

②分别在20℃和60℃条件下进行“还原”时，溶液中Re和Zn的含量变化如图中曲线所示，若不考虑时间对还原反应的影响，“还原”时，最好选择的温度为___。

（3）通氧气进行“氧化”时，往往进行加压，目的是___。“氧化”时，若生成376.5g过铼酸，理论上消耗标准状况下氧气的体积为___ L。

（4）“沉铼”时，加入热NH4Cl溶液至产生白色沉淀，为使沉淀充分析出并分离得到纯净NH4ReO4晶体，“操作I”包括___、洗涤、干燥。

（5）为提高铼的纯度，“过滤”得到的NH4ReO4需进行提纯，提纯所用的方法是___。

（6）“热解”时，发生反应的化学方程式为___。

查看答案

一种实验室制备次氯酸钠和氯酸钾的装置和步骤如下：

①如图组装装置，检查装置的气密性。②在锥形瓶A内放入5gKMnO4粉末，安全漏斗深入试管内部。在试管5中放入4mL6mol·L-1的KOH溶液，试管6中放入4mL2mol·L-1的NaOH溶液。③打开止水夹3，关闭止水夹4，控制试管5中温度在323～328K范围内，通过安全漏斗向锥形瓶A中缓缓加入15mL9mol·L-1的盐酸，并控制氯气均匀产生。④当试管5内由无色慢慢变为黄绿色，再由黄绿色突然变成无色时，继续通氯气至溶液呈极淡的黄色，停止加热。⑤。⑥将试管5拆下，冷水浴冷却至不再有晶体析出，过滤、洗涤、干燥。

回答下列问题：

(1)锥形瓶A内的小试管的作用是___。

(2)洗气瓶2内的试剂可以是___。

A.饱和氯化钙溶液 B.浓硫酸 C.饱和食盐水 D.饱和碳酸氢钠溶液

(3)控制试管5中温度在323～328K范围内，采取的加热方式是___。试管5因生成了KClO而显黄绿色，KClO的电子式为___。黄绿色突然变为无色是因为KClO分解生成了KClO3，写出KClO分解的化学方程式：___。

(4)步骤⑤的操作是___。

(5)步骤⑥中得到的晶体用乙醇洗涤的优点是___。

(6)取试管6中的液体少许于另一试管中，加入硫酸调至弱酸性，向其中滴加0.2mol·L-1的MnSO4溶液，有黑色沉淀生成，则发生反应的离子方程式为___。

查看答案

我国科研工作者发展了阴极还原电沉积制备高性能氧化铈电极材料的新方法。以石墨为电极，经历以下过程：①在电场的作用下，将电解液中的硝酸根离子插入石墨层间；②改变电流方向，已插入的和到达电极附近的NO3-放电，产生OH-和NO；③OH-与Ce3+结合形成氢氧化铈，氢氧化铈进一步失水氧化形成氧化铈(CeO2)。图示如图。已知298K时，Ksp[Ce(OH)3]=1×10-20，当离子浓度≤10-5mol·L-1时，可认为沉淀完全。下列说法错误的是（）