【题目】现代工业的发展导致CO2的大量排放,对环境造成的影响日益严重,通过各国科技工作者的努力,已经开发出许多将CO2回收利用的技术,其中催化转化法最具应用价值。回答下列问题:
(1)在催化转化法回收利用CO2的过程中,可能涉及以下化学反应:
①CO2(g)+2H2O(l)CH3OH(l)+O2(g) ΔH=+727kJ·mol-1 ΔG=+818kJ·mol-1
②CO2(g)+3H2O(l)CH4(g)+O2(g) ΔH=+890kJ·mol-1 ΔG=+818kJ·mol-1
③CO2(g)+3H2(g)CH3OH(l)+H2O(l) ΔH=-131kJ·mol-1 ΔG=-9.35kJ·mol-1
④CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(l) ΔH=-253kJ·mol-1 ΔG=-130kJ·mol-1
从化学平衡的角度来看,上述化学反应中反应进行程度最小的是__,反应进行程度最大的是__。
(2)反应CO2+4H2CH4+2H2O称为Sabatier反应,可用于载人航空航天工业。我国化学工作者对该反应的催化剂及催化效率进行了深入的研究。
①在载人航天器中利用Sabatier反应实现回收CO2,再生O2,其反应过程如图所示,这种方法再生O2的最大缺点是需要不断补充__(填化学式)。
②在1.5MPa,气体流速为20mL·min-1时研究温度对催化剂催化性能的影响,得到CO2的转化率(%)如下:
催化剂 | 180℃ | 200℃ | 220℃ | 280℃ | 300℃ | 320℃ | 340℃ | 360℃ |
Co4N/Al2O3 | 8.0 | 20.3 | 37.3 | 74.8 | 84.4 | 85.3 | 868 | 90.1 |
Co/Al2O3 | 0.2 | 0.7 | 2.0 | 22.4 | 37.6 | 48.8 | 54.9 | 59.8 |
分析上表数据可知:__(填化学式)的催化性能更好。
③调整气体流速,研究其对某催化剂催化效率的影响,得到CO2的转化率(%)如下:
气体流速/mL·min-1 | 180℃ | 200℃ | 220℃ | 280℃ | 300℃ | 320℃ | 340℃ | 360℃ |
10 | 11.0 | 25.1 | 49.5 | 90.2 | 93.6 | 97.2 | 98.0 | 98.0 |
30 | 4.9 | 11.2 | 28.9 | 68.7 | 72.7 | 79.8 | 82.1 | 84.2 |
40 | 0.2 | 5.2 | 15.3 | 61.2 | 66.2 | 71.2 | 76.6 | 79.0 |
50 | 0.2 | 5.0 | 10.0 | 50.0 | 59.5 | 61.2 | 64.1 | 69.1 |
分析上表数据可知:相同温度时,随着气体流速增加,CO2的转化率__(填“增大”或“减小”),其可能的原因是__。
④在上述实验条件中,Sabatier反应最可能达到化学平衡状态的温度是__,在1L恒容密闭容器中发生该反应,已知初始反应气体中V(H2):V(CO2)=4:1,估算该温度下的平衡常数为__(列出计算表达式)。
(3)通过改变催化剂可以改变CO2与H2反应催化转化的产物,如利用Co/C作为催化剂,反应后可以得到含有少量甲酸的甲醇。为了研究催化剂的稳定性,将Co/C催化剂循环使用,相同条件下,随着循环使用次数的增加,甲醇的产量如图所示,试推测甲醇产量变化的原因__。(已知Co的性质与Fe相似)
【答案】② ④ H2 Co4N/Al2O3 减小 气体流速加快,导致反应物与催化剂接触时间不够 360℃ 反应产生的甲酸腐蚀催化剂,使催化剂活性降低
【解析】
(1)自由能越小,反应越容易发生,反应的焓变不随温度变化而发生变化,反应的自由能与温度有关,上述反应的自由能所处温度相同,反应①②的自由能均大于0,且二者自由能相等,反应②在反应过程中吸收的能量较反应①多,因此反应②更难发生,反应进行程度最小;反应③④的自由能均小于0,反应④在反应过程中放出的能量较反应③多,因此反应④更易发生,反应进行程度最大;
(2)①该过程中发生反应:CO2+4H2CH4+2H2O、2H2O2H2+O2,由反应方程式可知,需要不断补充H2;
②由表格数据可知,Co4N/Al2O3作催化剂时,CO2转化率较高,因此Co4N/Al2O3催化性能更好;
③由表格数据可知,在相同温度下,随着气体流速增加,CO2的转化率逐渐减小;其可能的原因是:气流速度过快时,通入的气体不能及时发生反应,使得反应物的转化率较低;
④气体流速为10mL/min时,当温度为340℃时,CO2的转化率为98%,温度为360℃时,CO2的转化率为98%,该反应温度升高的过程中,CO2的转化率逐渐增加,但340℃~360℃过程中,温度在发生变化,而这两个时刻CO2的转化率相同,说明在温度为340℃~360℃过程中一定存在CO2的转化率最大值,在达到转化率最大值后,升高温度,平衡逆向移动,因此最可能达到化学平衡状态的温度是360℃;
设n(H2)=4mol,则n(CO2)=1mol,在360℃下达到平衡时,CO2的转化率为98%,则
平衡常数为;
(3)在Co/C作为催化剂时,反应后可以得到的产物中含有少量甲酸,甲酸属于一元弱酸,能够与Co发生反应,使催化剂的活性降低。
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【题目】下列离子方程式书写正确的是
A.向铁粉中加入足量稀盐酸:Fe+2H+=Fe3++H2↑
B.向FeCl3溶液中加入少量铜粉:Fe3++Cu=Fe2++Cu2+
C.Cu与稀硝酸反应:3Cu+8H++2=3Cu2++2NO↑+4H2O
D.向AlCl3溶液中滴加浓氨水至过量:Al3++4OH-=+2H2O
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科目:高中化学 来源: 题型:
【题目】元素周期表与元素周期律在学习、研究中有很重要的作用。下表是元素周期表中6种元素的相关信息,其中Q、W、X位于同一周期。
元素 | 信息 |
Q | 单质是稳定的半导体材料,用于制造芯片 |
W | 最高化合价为+7价 |
X | 最高价氧化物对应的水化物在本周期中碱性最强 |
Y | 焰色反应为紫色(透过蓝色钴玻璃片) |
Z | 地壳中含量最高的金属元素,其合金可用于制造飞机外壳 |
M | 原子结构示意图为 |
(1)Q元素所在周期表的位置为_____。
(2)W单质的电子式为_____。
(3)Z的单质与X的最高价氧化物对应的水化物反应的离子方程式为_____。
(4)Y的金属性强于X,请结合原子结构解释其原因_____。
(5)下列对于M及其化合物的推断中,正确的是_____(填序号)。
①M的最低负化合价与W的最低负化合价相同
②M的氢化物的稳定性弱于W的氢化物的稳定性
③M的单质可与X和W形成的化合物的水溶液发生置换反应
(6)与M位于同一主族,电子层数比M多一层的元素在生活中的用途是_____(写出一条即可)。
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【题目】NA代表阿伏加德罗常数的值,下列说法正确的是( )
A. 100 mL 1 mol·L-1FeCl3溶液中所含Fe3+的数目为0.1NA
B. 常温常压下,11.2 L甲烷和乙烯混合物中含氢原子数目为2NA
C. 密闭容器中,2 mol SO2和1 mol O2催化反应后分子总数为2NA
D. 标准状况下,124 g P4中所含P—P键数目为6NA
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【题目】对于可逆反应 A(g)+3B(s)2C(g)+2D(g),在不同条件下的化学反应速率如下,其中表示的反应速率最快的是( )
A.v(A)=0.5mol·L-1·min-1B.v(B)=1.0 mol·L-1·min-1
C.v(D)=0.4 mol·L-1·min-1D.v(C)=0.1 mol·L-1·s-1
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【题目】科学家对一碳化学进行了广泛深入的研究并取得了一些重要成果。
(1)已知:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H1=-90.1kJ/mol;
3CH3OH(g)CH3CH=CH2(g)+3H2O(g) △H2=-31.0kJ/mol
CO与H2合成CH3CH=CH2的热化学方程式为________。
(2)现向三个体积均为2L的恒容密闭容器I、II、Ⅲ中,均分别充入1molCO 和2mo1H2发生反应:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H1=-90.1kJ/mol。三个容器的反应温度分别为Tl、T2、T3且恒定不变。当反应均进行到5min时H2的体积分数如图1所示,其中只有一个容器中的反应已经达到平衡状态。
①5min时三个容器中的反应达到化学平衡状态的是容器_______(填序号)。
②0-5 min内容器I中用CH3OH表示的化学反应速率v(CH3OH)=_______。(保留两位有效数字)
(3)CO常用于工业冶炼金属,在不同温度下用CO 还原四种金属氧化物,达到平衡后气体中lgc(CO)/c(CO2)与温度(T)的关系如图2所示。下列说法正确的是_____(填字母)。
A.工业上可以通过增高反应装置来延长矿石和CO接触面积,减少尾气中CO的含量
B.CO用于工业冶炼金属铬(Cr)时,还原效率不高
C.工业冶炼金属铜(Cu) 时,600℃下CO的利用率比1000℃下CO的利用率更大
D.CO还原PbO2的反应△H>0
(4)一种甲醇燃料电池,使用的电解质溶液是2mol·L-1的KOH溶液。
请写出加入(通入)a物质一极的电极反应式___________;每消耗6.4g甲醇转移的电子数为__________。
(5)一定条件下,用甲醇与一氧化碳反应合成乙酸可以消除一氧化碳污染。常温下,将a mol/L的醋酸与b mol/LBa(OH)2溶液等体积混合后,若溶液呈中性,用含a和b的代数式表示该混合溶液中醋酸的电离常数Ka为_________。
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科目:高中化学 来源: 题型:
【题目】一种用电催化N2还原法制取NH3的反应机理如图所示,其中*表示吸附在催化剂表面的物种。下列说法正确的是
A.两个氮原子上的加氢过程是分步进行的
B.析氢反应(H++ H+→H2)不会影响NH3的合成
C.NH3从催化剂表而脱附不利于NH3的合成
D.电催化法是一步即能把N2还原为NH3的高效还原法
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科目:高中化学 来源: 题型:
【题目】某实验小组用下列装置制备溴苯,下列说法错误的是
A. 装置A中长玻璃导管仅起冷凝回流作用,装置B中的实验现象是CCl4由无色变橙色
B. 若装置B后连接装置C,装置C中生成淡黄色沉淀,可证明装置A中发生取代反应
C. 若装置B后连接装置D,则装置D的作用是吸收尾气
D. 向反应后的装置A中加入NaOH溶液,振荡静置,下层为无色油状液体
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科目:高中化学 来源: 题型:
【题目】下列表示物质结构的化学用语或模型正确的是
A. 苯分子的比例模型:
B. CO2的电子式:
C. Cl-离子的结构示意图:
D. 乙烯的结构式:CH2=CH2
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