【題目】催化還原CO2是解決溫室效應(yīng)及能源問題的重要手段之一。研究表明,在Cu/ZnO催化劑存在下,在CO2中通入H2,二者可發(fā)生以下兩個(gè)平行反應(yīng):

反應(yīng)Ⅰ CO2(g)3H2(g)CH3OH(g)H2O(g) ΔH1=-53.7 kJ·mol1

反應(yīng)Ⅱ CO2(g)H2(g)CO(g)H2O(g) ΔH2=+41.2 kJ·mol1

(1)反應(yīng)Ⅰ的化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式是K_______________________________。

(2)一定溫度下,在容積可變的密閉容器中進(jìn)行反應(yīng)Ⅱ,不能確定上述可逆反應(yīng)已達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的是_____________

A.體系的體積不再發(fā)生變化   B.生成n mol CO的同時(shí)消耗n mol H2O

C.混合氣的密度不再改變   D.1 mol H—H鍵斷裂的同時(shí)斷裂2 mol H—O

(3)某實(shí)驗(yàn)室控制一定的CO2H2初始投料比,在相同壓強(qiáng)下,經(jīng)過(guò)相同的反應(yīng)時(shí)間測(cè)得如下實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)(其中甲醇選擇性是指轉(zhuǎn)化的CO2中生成甲醇的百分比)

反應(yīng)序號(hào)

T/K

催化劑

CO2轉(zhuǎn)化率/%

甲醇選擇性/%

543

Cu/ZnO納米棒

12.3

42.3

543

Cu/ZnO納米片

10.9

72.7

553

Cu/ZnO納米棒

15.3

39.1

553

Cu/ZnO納米片

12.0

71.6

①對(duì)比表中①和③可發(fā)現(xiàn):同樣催化劑條件下,溫度升高,CO2轉(zhuǎn)化率升高, 而甲醇的選擇性卻降低,請(qǐng)解釋甲醇選擇性降低的可能原因________________________________;

②對(duì)比表中①、②可發(fā)現(xiàn),在同樣溫度下,采用Cu/ZnO納米片使CO2轉(zhuǎn)化率降低, 而甲醇的選擇性卻提高,請(qǐng)解釋甲醇的選擇性提高的可能原因___________________________________________。

③有利于提高CO2轉(zhuǎn)化為CH3OH平衡轉(zhuǎn)化率的措施有____________。

a.使用Cu/ZnO納米棒做催化劑 b.使用Cu/ZnO納米片做催化劑

c.降低反應(yīng)溫度 d.投料比不變,增加反應(yīng)物的濃度

e.增大CO2H2的初始投料比

(4)反應(yīng)混合氣體經(jīng)過(guò)降溫加壓可分離出甲醇,剩余氣體可再次充入反應(yīng)器繼續(xù)反應(yīng),經(jīng)過(guò)多次循環(huán)往復(fù)后混合氣體中CO的含量已經(jīng)很高,可以在另外容器中在合適的催化劑條件下使COH2反應(yīng)合成CH3OHg),寫出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式:_______________________________。

【答案】 AC 反應(yīng)Ⅰ為生成甲醇的反應(yīng),該反應(yīng)是放熱反應(yīng),因此升高溫度,平衡逆向進(jìn)行,因此甲醇的產(chǎn)率減小,甲醇的選擇性降低 因?yàn)樵谠摃r(shí)間段內(nèi),使用Cu/ZnO納米片催化劑使反應(yīng)Ⅰ比反應(yīng)Ⅱ速率更快,因此測(cè)得該時(shí)間段內(nèi)得到的甲醇較多,甲醇選擇性提高 cd CO(g)2H2(g) CH3OH(g) ΔH=-94.9 kJ·mol1

【解析】

(1) 根據(jù)反應(yīng)CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)及平衡常數(shù)概念書寫反應(yīng)Ⅰ的平衡常數(shù)表達(dá)式;

(2)結(jié)合平移狀態(tài)的特征分析判斷;

(3) ①反應(yīng)Ⅰ是放熱反應(yīng),根據(jù)溫度對(duì)化學(xué)平衡的影響分析;

②使用Cu/ZnO納米片催化劑使反應(yīng)I速率增加,該時(shí)間內(nèi)得到的甲醇較多,甲醇選擇性提高;

③有利于提高CO2轉(zhuǎn)化為CH3OH平衡轉(zhuǎn)化率,需要使平衡向著正向移動(dòng),結(jié)合平衡移動(dòng)原理分析;

(4) 已知:反應(yīng)Ⅰ CO2(g)3H2(g)CH3OH(g)H2O(g) ΔH1=-53.7 kJ·mol1,反應(yīng)Ⅱ CO2(g)H2(g)CO(g)H2O(g) ΔH2=+41.2 kJ·mol1,由蓋斯定律可知:反應(yīng)Ⅰ-反應(yīng)Ⅱ可得CO(g)2H2(g) CH3OH(g),由此計(jì)算ΔH。

(1) 根據(jù)反應(yīng)ⅠCO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)可知,其平衡平衡常數(shù)表達(dá)式K=;

A.恒壓密閉容器中,氣體的物質(zhì)的量越大,體積越大,CO2(g)H2(g)CO(g)H2O(g)反應(yīng)前后氣體的總物質(zhì)的量不發(fā)生變化,則容積始終不變,無(wú)法說(shuō)明反應(yīng)到達(dá)平衡,故A錯(cuò)誤;

B.生成n mol CO的同時(shí)消耗n mol H2O,說(shuō)明正逆反應(yīng)速率相等,此時(shí)反應(yīng)到達(dá)平衡,故B正確;

C.混合氣體的質(zhì)量始終不變,氣體的總體積也始終不變,由可知混合氣的密度始終不變,則無(wú)法說(shuō)明反應(yīng)到達(dá)平衡,故C錯(cuò)誤; 

D1 mol H—H鍵斷裂的同時(shí)斷裂2 mol H—O鍵,說(shuō)明正逆反應(yīng)速率相等,此時(shí)反應(yīng)到達(dá)平衡,故D正確;

故答案為AC

(3) ①同樣催化劑條件下,溫度升高,CO2轉(zhuǎn)化率升高,而甲醇的選擇性卻降低的可能原因:在同樣溫度下,采用Cu/ZnO納米片使CO2轉(zhuǎn)化率降低;

②甲醇的選擇性卻提高的可能原因:因?yàn)樵谠摃r(shí)間內(nèi),使用Cu/ZnO納米片催化劑使反應(yīng)I速率增加,因此測(cè)得該時(shí)間內(nèi)得到的甲醇較多,甲醇選擇性提高;

a.使用Cu/ZnO納米棒做催化劑,不影響化學(xué)平衡,則無(wú)法提高CO2轉(zhuǎn)化為CH3OH平衡轉(zhuǎn)化率,故a錯(cuò)誤;

b.使用Cu/ZnO納米片做催化劑,催化劑不影響平衡,無(wú)法提高CO2轉(zhuǎn)化為CH3OH平衡轉(zhuǎn)化率,故b錯(cuò)誤;

c.該反應(yīng)為放熱反應(yīng),降低反應(yīng)溫度,平衡向著正向移動(dòng),可提高CO2轉(zhuǎn)化為CH3OH平衡轉(zhuǎn)化率,故c正確;

d.投料比不變,增加反應(yīng)物氫氣的濃度,可提高CO2轉(zhuǎn)化為CH3OH平衡轉(zhuǎn)化率,故d正確;

e.增大CO2H2的初始投料比,二氧化碳濃度增大,其轉(zhuǎn)化率降低,故e錯(cuò)誤;

故答案為:cd

(4) 已知:反應(yīng)Ⅰ CO2(g)3H2(g)CH3OH(g)H2O(g) ΔH1=-53.7kJ·mol1,反應(yīng)Ⅱ CO2(g)H2(g)CO(g)H2O(g) ΔH2=+41.2 kJ·mol1,由蓋斯定律可知:反應(yīng)Ⅰ-反應(yīng)Ⅱ可得CO(g)2H2(g) CH3OH(g),則ΔH=(53.7 kJ·mol1)-(41.2 kJ·mol1)=94.9 kJ·mol1, COH2反應(yīng)合成CH3OH(g)的熱化學(xué)方程式為CO(g)2H2(g) CH3OH(g) ΔH=-94.9 kJ·mol1

練習(xí)冊(cè)系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:

【題目】堿式硫酸鐵[Fe(OH)SO4]是一種用于污水處理的新型高效絮凝劑。工業(yè)上利用廢鐵屑(含少量氧化鋁、氧化鐵等)生產(chǎn)堿式硫酸鐵的工藝流程如下:

已知:部分陽(yáng)離子以氫氧化物形式沉淀時(shí)溶液的pH見下表:

沉淀物

Fe(OH)3

Fe(OH)2

Al(OH)3

開始沉淀

2.3

7.5

3.4

完全沉淀

3.2

9.7

4.4

回答下列問題:

1)加入少量NaHCO3的目的是調(diào)節(jié)pH_____________________范圍內(nèi)。

2)反應(yīng)中加入NaNO2的目的是氧化亞鐵離子,寫出該反應(yīng)的離子方程式為_____________________________________________________________。

3)堿式硫酸鐵溶于水后生成的Fe(OH)2+離子可部分水解生成Fe2(OH)42+ 聚合離子,該水解反應(yīng)的離子方程式為_________________________________。

4)在醫(yī)藥上常用硫酸亞鐵與硫酸、硝酸的混合液反應(yīng)制備堿式硫酸鐵。根據(jù)我國(guó)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),產(chǎn)品中不得含有Fe2+NO3。為檢驗(yàn)所得產(chǎn)品中是否含有Fe2+,應(yīng)使用的試劑為_________。

A.氯水 BKSCN溶液 CNaOH溶液 D.酸性KMnO4溶液

5)為測(cè)定含Fe2+Fe3+溶液中鐵元素的總含量,實(shí)驗(yàn)操作如下:準(zhǔn)確量取20.00mL溶液于帶塞錐形瓶中,加入足量H2O2,調(diào)節(jié)pH<2,加熱除去過(guò)量H2O2;加入過(guò)量KI充分反應(yīng)后,再用 0.1000 mol·L-1 Na2S2O3標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至終點(diǎn),消耗標(biāo)準(zhǔn)溶液20.00mL。

已知:2Fe3++2I-=2Fe2++I2 2S2O32-+I2=2I-+S4O62-

則溶液中鐵元素的總含量為_________g·L-1。若滴定前溶液中H2O2沒有除盡,所測(cè)定的鐵元素的含量將會(huì)_______ (偏高” “偏低” “不變”)

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:

【題目】一定溫度下,在2 L的密閉容器中發(fā)生反應(yīng):xAg)+Bg2Cg) ΔH0A、C的物質(zhì)的量隨時(shí)間變化的關(guān)系如下表所示。下列有關(guān)說(shuō)法正確的是( 。

時(shí)間/min

nA/mol

nC/mol

0

0.3

0

1

0.15

0.15

2

0.1

0.2

3

0.1

0.2

A.x1

B.反應(yīng)開始2 min內(nèi),用B表示的反應(yīng)速率為0.05 mol·L1·min1

C.反應(yīng)進(jìn)行到1 min時(shí),反應(yīng)體系達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)

D.A的正反應(yīng)速率等于C的逆反應(yīng)速率時(shí),反應(yīng)體系達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:

【題目】溴酸銀(AgBrO3)的溶解度隨溫度變化曲線如圖所示。下列說(shuō)法正確的是( )

(注:X、Y點(diǎn)是圖中所對(duì)應(yīng)的質(zhì)量的溴酸銀放入100克水中,充分溶解后所得到的分散系)

A.溴酸銀的溶解是一個(gè)熵增、焓減過(guò)程

B.對(duì)應(yīng)溫度下,X點(diǎn)的分散系中,v(溶解)v(沉淀)

C.Y點(diǎn)的分散系中,c(Ag)·c(BrO)6.25×104

D.60℃時(shí)溴酸銀飽和溶液中c(BrO)0.025mol·L1

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:

【題目】下列有關(guān)圖像的說(shuō)法正確的是

A. 圖甲表示:向某明礬溶液中逐滴加入NaOH溶液至過(guò)量,生成沉淀的物質(zhì)的量與滴加NaOH溶液體積的關(guān)系

B. 圖乙表示:向含等物質(zhì)的量的NaOHNa2CO3的混合溶液中逐滴加入稀鹽酸至過(guò)量,生成氣體的體積與滴加HCl溶液體積的關(guān)系

C. 圖丙表示:在稀硝酸溶液中逐漸加入鐵粉至過(guò)量,溶液中Fe3物質(zhì)的量與逐漸加入鐵粉物質(zhì)的量的變化關(guān)系

D. 除去混在硝酸鉀中少量的氯化鈉可用“蒸發(fā)濃縮、趁熱過(guò)濾”的方法

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:

【題目】碳在空氣中燃燒后所得4.48 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)的混合氣體,組成為COCO2、N2(其他成分忽略),平均相對(duì)分子質(zhì)量為30,與足量的灼熱氧化銅反應(yīng),所得的氣體質(zhì)量增加了0.4 g

1N2的體積________

2)原空氣中O2、N2的體積比為________。

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:

【題目】空氣燃料電池可用作電動(dòng)車動(dòng)力電源,電池的電解質(zhì)溶液為KOH溶液,反應(yīng)為2Zn+O2+4OH+2H2OZn(OH)42-。下列說(shuō)法不正確的是( )

A. 充電時(shí),電解質(zhì)溶液中K+向陰極移動(dòng)

B. 充電時(shí),電解質(zhì)溶液中c(OH)逐漸增大

C. 放電時(shí),負(fù)極反應(yīng)為:Zn+4OH2e=Zn(OH)42-

D. 放電時(shí),電路中通過(guò)2 mol電子,消耗氧氣11.2 L

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:

【題目】黃血鹽[亞鐵氰化鉀,K4[Fe(CN)6]目前廣泛用做食鹽添加劑(抗結(jié)劑),我國(guó)衛(wèi)生部規(guī)定食鹽中黃血鹽的最大使用量為10mgkgˉ1。一種制備黃血鹽的工藝如下:

回答下列問題:

1)步驟Ⅰ反應(yīng)的化學(xué)方程式為____________

2)步驟Ⅳ過(guò)濾所得的廢液中含量較多的溶質(zhì)為(填化學(xué)式)___________________。

3)步驟Ⅴ所用的試劑X______________________。

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:

【題目】某溫度下,可逆反應(yīng)mA(g) + nB(g)pC(g)的化學(xué)平衡常數(shù)為K,下列說(shuō)法正確的是

A. 其他條件不變,升高溫度,K 值一定增大

B. 其他條件不變,增大B(g)的濃度,K值增大

C. 其他條件不變,增大壓強(qiáng),K值不變

D. K值不會(huì)隨反應(yīng)條件的改變而改變

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