習(xí)近平總書記在黨的二十大報告中指出“實現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和是一場廣泛而深刻的經(jīng)濟社會系統(tǒng)性變革”。CO2的轉(zhuǎn)化和利用是實現(xiàn)“碳中和”的有效途徑?;卮鹣铝袉栴}:
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(1)工業(yè)廢氣中的CO2可制取甲醇,其反應(yīng)為CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1。
①已知鍵能如表所示,則ΔH1=
-181kJ?mol-1
-181kJ?mol-1
。
化學(xué)鍵 |
C=O |
C-O |
H-H |
C-H |
O-H |
鍵能/(kJ?mol-1) |
745 |
351 |
436 |
413 |
463 |
②從原料成本角度考慮,應(yīng)調(diào)控反應(yīng)條件使上述反應(yīng)中反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率CO
2小于
小于
(填“大于”“小于”
或“等于”)H
2。
(2)在200℃時,向2L恒容密閉容器中充入1molCO
2和3molH
2,進(jìn)行反應(yīng):CO
2(g)+3H
2(g)?CH
3OH(g)+H
2O(g),10min時反應(yīng)達(dá)到平衡,壓強降為初始壓強的70%。
①以CO
2物質(zhì)的量濃度的變化表示0~10min的化學(xué)反應(yīng)速率v(CO
2)=
0.03mol?L-1?min-1
0.03mol?L-1?min-1
。
②下列選項能說明反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)的是
AD
AD
(填標(biāo)號)。
A.v
正(H
2)=3v
逆(CH
3OH)
B.容器內(nèi)氣體的密度不再發(fā)生變化
C.
不再發(fā)生變化
D.
不再發(fā)生變化
(3)已知Arrhenius經(jīng)驗公式為Rlnk=-
+C(E
n為活化能,k為速率常數(shù),R和C為常數(shù))。為探究M、N兩種催化劑對反應(yīng)CO
2(g)+3H
2(g)?CH
3OH(g)+H
2O(g)的催化效能,進(jìn)行相關(guān)實驗,依據(jù)實驗數(shù)據(jù)獲得如圖1所示曲線,從圖中信息獲知催化效能較低的催化劑是
M
M
(“M”或“N”),判斷理由是
直線M斜率小,Ea大
直線M斜率小,Ea大
。
(4)在某催化劑作用下,按n(CO
2):n(H
2)=1:3向某密閉容器中通入一定量的原料氣,發(fā)生如下兩個反應(yīng);
反應(yīng)Ⅰ:CO
2(g)+3H
2(g)?CH
3OH(g)+H
2O(g) ΔH
1反應(yīng)Ⅱ:CO
2(g)+H
2(g)?CO(g)+H
2O(g) ΔH
2=+41.17kJ?mol
-1維持壓強為5MPa,測得不同溫度下反應(yīng)經(jīng)t分鐘時CO
2的轉(zhuǎn)化率和CH
3OH的選擇性如圖2所示(已知:甲醇的選擇性=
產(chǎn)物中
C
OH
和
CO
物質(zhì)的量之和
×100%)。
①T
1后,溫度升高CH
3OH選擇性降低的可能原因是
T1后,反應(yīng)達(dá)到平衡,溫度升高,反應(yīng)Ⅰ逆向移動,反應(yīng)Ⅱz正向移動,生成的甲醇減少
T1后,反應(yīng)達(dá)到平衡,溫度升高,反應(yīng)Ⅰ逆向移動,反應(yīng)Ⅱz正向移動,生成的甲醇減少
。
②T
1溫度下,若經(jīng)過t分鐘反應(yīng)Ⅱ已達(dá)平衡,則反應(yīng)Ⅱ的平衡常數(shù)K
p=
0.11
0.11
(用平衡分壓代替平衡濃度計算,分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù),計算結(jié)果保留兩位小數(shù))。