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我國力爭2030年前實現碳達峰,2060年前實現碳中和。CO2的綜合利用是實現碳中和的措施之一。
Ⅰ.CO2和CH4在催化劑表面可以合成CH3COOH,該反應的歷程和相對能量的變化情況如圖所示(*指微粒吸附在催化劑表面,H*指H吸附在催化劑載體上的氧原子上,TS表示過渡態(tài)):
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(1)決定該過程的總反應速率的基元反應方程式為
CH3*+CO2*=CH3COO*或CH3*+H*+CO2*=CH3COO*+H*
CH3*+CO2*=CH3COO*或CH3*+H*+CO2*=CH3COO*+H*
。
(2)下列說法正確的有
ac
ac

a.增大催化劑表面積可提高CO2在催化劑表面的吸附速率
b.CH3COOH*比CH3COOH(g)能量高
c.催化效果更好的是催化劑2
d.使用高活性催化劑可降低反應焓變,加快反應速率
Ⅱ.CO2和H2在一定條件下也可以合成甲醇,該過程存在副反應ii。
反應i:CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)ΔH1=-49.3kJ?mol-1
反應ii:CO2(g)+H2(g)?CO(g)+H2O(g)ΔH2
(3)有關物質能量變化如圖所示,穩(wěn)定單質的焓(H)為0,則ΔH2=
+41
+41
kJ?mol-1。
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(4)恒溫恒容條件下,僅發(fā)生反應ii,反應達到平衡的標志是
ad
ad
。
a.CO的分壓不再發(fā)生變化
b.氣體平均相對分子質量不再發(fā)生變化
c.氣體密度不再發(fā)生變化
d.
c
C
O
2
?
c
H
2
c
CO
?
c
H
2
O
比值不再發(fā)生變化
(5)在5.0MPa,將n(CO2):n(H2)=5:16的混合氣體在催化劑作用下進行反應。體系中氣體平衡組成比例(CO和CH3OH在含碳產物中物質的量百分數)及CO2的轉化率隨溫度的變化如圖所示。
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①表示平衡時CH3OH在含碳產物中物質的量百分數的曲線是
a
a
(填“a”或“b”)。
②CO2平衡轉化率隨溫度的升高先減小后增大,增大的原因可能是
溫度升高后,以副反應(或反應ii)為主,副反應(或反應ii)是一個吸熱反應,升高溫度平衡正向移動
溫度升高后,以副反應(或反應ii)為主,副反應(或反應ii)是一個吸熱反應,升高溫度平衡正向移動
。
③250℃時反應i:CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)的Kp=
1
1372
1
1372
(MPa)-2(用最簡分數表示)。

【答案】CH3*+CO2*=CH3COO*或CH3*+H*+CO2*=CH3COO*+H*;ac;+41;ad;a;溫度升高后,以副反應(或反應ii)為主,副反應(或反應ii)是一個吸熱反應,升高溫度平衡正向移動;
1
1372
【解答】
【點評】
聲明:本試題解析著作權屬菁優(yōu)網所有,未經書面同意,不得復制發(fā)布。
發(fā)布:2024/5/19 8:0:9組卷:20難度:0.5
相似題
  • 菁優(yōu)網1.硝酸工業(yè)是國民經濟的命脈產業(yè),工業(yè)制硝酸通常是如下過程:
    步驟一:氮氣與氫氣合成氨氣;步驟二:氨氣的催化氧化;步驟三:NO的氧化再水化.
    請回答下列問題:
    (1)對于N2(g)+3H2(g)═2NH3(g)△H1kJ/mol,滿足如圖1象:
    ①根據圖△H1
     
    0,T3
     
    T4.(填“>”“<”“=”)
    ②若溫度為T1且容積為2L的密閉容器下中,發(fā)生合成氨的反應,起始時通入2mol的N2和6mol的H2,10分鐘達到平衡狀態(tài),此時NH3的體積分數為60%.則0到10min內用H2表示化學反應速率為
     
    mol/(L?min),N2的轉化率為
     
    ,反應開始和平衡狀態(tài)體系的壓強之比等于
     
    .T1溫度下平衡常數K≈
     
    ,若升高溫度K值
     
    .(填“增大”“減小”“不變”)
    ③若第②小問中反應體系達到平衡后,再通入1mol N2和3mol H2,則H2轉化率
     
    .(填“增大”“減小”“不變”)
    ④若恒定溫度為T1,容積為2L,則若開始通入2mol N2和2mol H2和2mol的NH3則反應開始時V
     
    V(填“>”“<”“=”),達到新的平衡狀態(tài)后,再通入2mol N2,則N2的轉化率
     
    .(填“升高”、“降低”或者“不變”)
    ⑤對于合成氨的體系中,既可以增大反應速率又可以提高H2的轉化率的措施有
     
    .(填兩點即可)
    (2)已知:
    化學鍵 N≡N H-H N-H
    鍵能/kJ/mol a b c
    則△H1=
     
    kJ/mol,問題(1)第②小問中能量變化為
     
    kJ.
    (3)已知:
    ①N2(g)+3H2(g)═2NH3(g)△H1kJ/mol
    ②4NH3(g)+5O2(g)═4NO(g)+6H2O(l)△H2kJ/mol
    ③4NO(g)+3O2(g)+2H2O(g)═4HNO3(aq)△H3kJ/mol
    則N2(g)+3H2(g)+4O2(g)═2HNO3(aq)+2H2O(l)△H=
     
    kJ/mol(用a、b、c、△H2和△H3表示)

    發(fā)布:2024/11/2 8:0:1組卷:12難度:0.1
  • 2.硝酸是一種重要的化工原料,完成下列填空:
    Ⅰ.工業(yè)上生產硝酸的主要過程如下:
    (1)以N2和H2為原料合成氨氣。反應為:N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)+Q。
    (2)下列措施可以提高H2的轉化率的是(填選項序號)
     

    a.選擇適當的催化劑
    b.增大壓強
    c.及時分離生成的NH3
    d.升高溫度
    (3)一定溫度下,在密閉容器中充入1molN2和3molH2發(fā)生反應。若容器容積恒定,達到平衡狀態(tài)時,氣體的總物質的量是原來的
    15
    16
    ,則N2的轉化率α1=
     
    ;若容器壓強恒定,達到平衡狀態(tài)時,N2的轉化率為α2,則α2
     
    α1 (填“>”、“<”或“=”)。
    Ⅱ.以氨氣、空氣為主要原料制硝酸。
    (4)氨氣催化氧化的催化劑是
     
    ;氨氣也可以在純氧中燃燒生成無毒、無污染的產物,其燃燒方程式為
     

    (5)在容積恒定的密閉容器中進行反應2NO(g)+O2(g)?2NO2(g)-Q。該反應的反應速率(v)隨時間(t)變化的關系如圖所示。若t2、t4時刻只改變一個條件,下列說法正確的是(填選項序號)
     
    。
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    a.在t1~t2時,可依據容器內氣體的壓強保持不變判斷反應已達到平衡狀態(tài)
    b.在t2時,采取的措施可以是升高溫度
    c.在t3~t4時,可依據容器內氣體的密度保持不變判斷反應已達到平衡狀態(tài)
    d.在t5時,容器內NO2的體積分數是整個過程中的最大值
    Ⅲ.硝酸廠常用如下2種方法處理尾氣。
    (6)催化還原法:催化劑存在時用H2將NO2還原為N2。
    已知:2H2(g)+O2(g)→2H2O(g)+483.6kJ
    N2(g)+2O2(g)→2NO2 (g)+67.7kJ
    則H2還原NO2生成水蒸氣反應的熱化學方程式是
     
    。
    (7)堿液吸收法:用Na2CO3溶液吸收NO2生成CO2。若9.2gNO2和Na2CO3溶液完全反應時轉移電子0.1mol,則反應的離子方程式是
     
    。

    發(fā)布:2024/11/2 8:0:1組卷:8引用:1難度:0.5
  • 3.工業(yè)合成氨是人類科學技術的一項重大突破。其合成原理為:N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)△H<0,△S<0。
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    (1)下列關于工業(yè)合成氨的說法正確的是
     

    A.因為△H<0,所以該反應一定能自發(fā)進行
    B.因為△S<0,所以該反應一定不能自發(fā)進行
    C.在高溫下進行是為了提高反應物的轉化率
    D.生產中在考慮動力和設備材料承受能力的前提下,壓強越大轉化率越大
    (2)在恒溫恒容密閉容器中進行合成氨的反應,下列能說明該反應已達到平衡狀態(tài)的是
     
    。
    A.容器內N2、H2、NH3的濃度之比為1:3:2
    B.N2百分含量保持不變
    C.容器內壓強保持不變
    D.混合氣體的密度保持不變
    (3)工業(yè)上合成氨的部分工藝流程如圖1。
    請用平衡移動原理來解釋在流程中及時分離出氨氣和循環(huán)使用氣體的原因
     

    (4)某科研小組研究:在其他條件不變的情況下,改變起始物氫氣的物質的量對工業(yè)合成氨反應的影響。實驗結果如圖2所示。(圖中T表示溫度)
    ①圖象中T2和T1的關系是:T1
     
    T2。(填“>,<或=”,下同)
    ②a、b、c、d四點所處的平衡狀態(tài)中,反應物N2 的轉化率最高的是
     
    。(填字母)
    (5)恒溫下,往一個4L的密閉容器中充入2mol N2和5.2mol H2,反應過程中對NH3的濃度進行檢測,得到的數據如表所示。
    時間/min 5 10 15 20 25 30
    c(NH3)/mol?L-1 0.08 0.14 0.18 0.20 0.20 0.20
    ①10min時用N2表示的平均反應速率為
     
    mol/(L?min)-1,此條件下該反應的化學平衡常數K=
     
    。
    ②若維持容器體積不變,溫度不變,往原平衡體系中加入N2、H2和NH3各4mol,化學平衡將向反應方向移動
     
    。(填“正”或“逆”)
    ③已知:N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)  △H=-92kJ/mol
    N2(g)+O2(g)═2NO(g)△H=+181kJ/mol
    2H2(g)+O2(g)═2H2O(g)△H=-484kJ/mol
    寫出氨氣催化氧化生成NO和水蒸氣的熱化學方程式
     
    。

    發(fā)布:2024/11/2 8:0:1組卷:72難度:0.4
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