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【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:

CO2(g)+2H2O(l)CH3OH(l)+O2(g) ΔH=+727kJ·mol-1 ΔG=+818kJ·mol-1

CO2(g)+3H2O(l)CH4(g)+O2(g) ΔH=+890kJ·mol-1 ΔG=+818kJ·mol-1

CO2(g)+3H2(g)CH3OH(l)+H2O(l) ΔH=-131kJ·mol-1 ΔG=-9.35kJ·mol-1

CO2(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__(增大减小”),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)=41,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CO2H2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】 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+2H2O2H2O2H2+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℃;

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。

练习册系列答案
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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.FeCl3溶液中加入少量铜粉:Fe3+CuFe2++Cu2+

C.Cu与稀硝酸反应:3Cu+8H+23Cu2+2NO+4H2O

D.AlCl3溶液中滴加浓氨水至过量:Al3++4OH+2H2O

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【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QWX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

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)

M的最低负化合价与W的最低负化合价相同

M的氢化物的稳定性弱于W的氢化物的稳定性

M的单质可与XW形成的化合物的水溶液发生置换反应

(6)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·L1FeCl3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 SO21 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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科目:高中化学 来源: 题型:

【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

COH2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III、Ⅲ中,均分别充入1molCO 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TlT2T3且恒定不变。当反应均进行到5minH2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。

5min时三个容器中的反应达到化学平衡状态的是容器_______(填序号)

0-5 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

BCO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

DCO还原PbO2的反应△H0

(4)一种甲醇燃料电池,使用的电解质溶液是2mol·L1KOH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ab的代数式表示该混合溶液中醋酸的电离常数Ka_________

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【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

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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

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【题目】某实验小组用下列装置制备溴苯,下列说法错误的是

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A. 苯分子的比例模型:

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