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为了实现“碳达峰”和“碳中和”的目标,将CO2转化成可利用的化学能源的“负碳”技术是世界各国关注的焦点。​
方法Ⅰ:CO2催化加氢制甲醇。
以CO2、H2为原料合成CH3OH涉及的反应如下:
反应i:CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g)ΔH1
反应ii:CO2(g)+H2(g)⇌CO(g)+H2O(g)ΔH2=+41.0kJ•mol-1
反应iii:CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g)ΔH3=-90.0kJ•mol-1
(1)计算反应i的ΔH1=
-49kJ•mol-1
-49kJ•mol-1

(2)一定温度和催化剂条件下,0.73molH2、0.24molCO2和0.03molN2(已知N2不参与反应)在总压强为3.0MPa的密闭容器中进行上述反应,平衡时CO2的转化率、CH3OH和CO的选择性随温度的变化曲线如图所示。
①图中曲线b表示物质
CO2
CO2
的变化(填“CO2”“CH3OH”或“CO”)。
②上述反应体系在一定条件下建立平衡后,下列说法不正确的有
CD
CD
(填字母)。
A.降低温度,反应i~iii的正、逆反应速率都减小
B.向容器中再通入少量N2,CO2的平衡转化率下降
C.移去部分H2O(g),反应iii平衡不移动
D.选择合适的催化剂能提高CO2的平衡转化率
E.平衡时CH3OH的体积分数一定小于50%
③某温度下,t1min反应到达平衡,测得容器中CH3OH的体积分数为12.5%。此时用CH3OH的分压表示0-t1时间内的反应速率v(CH3OH)=
0.375÷t1
0.375÷t1
MPa•min-1。设此时n(CO)=amol,计算该温度下反应ii的平衡常数Kx=
a
a
+
0
.
1
0
.
14
-
a
0
.
43
-
a
a
a
+
0
.
1
0
.
14
-
a
0
.
43
-
a
(用含有a的代数式表示)。[已知:分压=总压×该组分物质的量分数;对于反应mA(g)+nB(g)⇌pC(g)+qD(g),Kx=
x
p
C
x
q
D
x
m
A
x
n
B
,x为物质的量分数。]
方法Ⅱ:CO2电解法制甲醇
利用电解原理,可将CO2转化为CH3OH,其装置如图所示:

(3)双极膜B侧为
阳离子
阳离子
(填“阴离子”或“阳离子”)交换膜。
(4)TiO2电极上电极反应方程式:
CO2+6H++6e-=CH3OH+H2O
CO2+6H++6e-=CH3OH+H2O

方法Ⅲ:CO2催化加氢制低碳烯烃(2~4个C的烯烃)
某研究小组使用Zn-Ga-O/SAPO-34双功能催化剂实现了CO2直接合成低碳烯烃,并给出了其可能的反应历程(如图所示)。H2首先在Zn-Ga-O表面解离成2个H*,随后参与到CO2的还原过程;SAPO-34则催化生成的甲醇转化为低碳烯烃。

注:☐表示氧原子空位,*表示吸附在催化剂上的微粒。
(5)理论上,反应历程中消耗的H*与生成的甲醇的物质的量之比为
6:1
6:1

【答案】-49kJ•mol-1;CO2;CD;0.375÷t1
a
a
+
0
.
1
0
.
14
-
a
0
.
43
-
a
;阳离子;CO2+6H++6e-=CH3OH+H2O;6:1
【解答】
【点评】
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发布:2024/9/22 1:0:8组卷:69引用:2难度:0.5
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  • 1.反应 4A(g)+5B(g)⇌4C(g)+6D(g)在 5L 的密闭容器中进行,半分钟后,C 的物质的量增 加了 0.30mol。下列叙述正确的是(  )

    发布:2024/12/30 19:30:2组卷:67引用:6难度:0.6
  • 2.氢气最早于16世纪被人工制取出来,氢气是一种清洁能源。
    (1)利用光伏电池电解水制H2是氢能的重要来源。已知:H-H键、O=O键、H-O键的键能依次为436kJ•mol-1、495kJ•mol-1、463kJ•mol-1。则2H2O(g)═2H2(g)+O2(g)△H=
     
    kJ•mol-1
    (2)T1℃时,向5L恒容密闭容器中充入0.5molCH4,只发生反应2CH4(g)⇌C2H4(g)+2H2(g),达到平衡时,测得c(C2H4)=2c(CH4),CH4的转化率为
     
    ;保持其他条件不变,温度改为T2℃,经25s后达到平衡,测得c(CH4)=2c(C2H4),则0~25s内v(C2H4)=
     
    mol•L-1•s-1
    (3)CH4分解时几种气体的平衡分压(pPa)的对数值lgp与温度的关系如图所示。

    ①T℃时,向一恒容密闭容器中通入一定量的CH4(g)、C2H4(g)和H2(g),只发生反应2CH4(g)⇌C2H2(g)+3H2(g)ΔH,ΔH
     
    (填“>”或“<”)0,此时的平衡常数Kp=
     
    (用平衡分压代替浓度进行计算)Pa2
    ②若只改变一个反应条件使Kp变大,则该条件是
     
    (填标号)。
    A.减小C2H2的浓度
    B.升高温度
    C.增大压强
    D.加入合适的催化剂
    (4)工业上,以KNH2和液氨为电解质,以石墨为电极,电解液氨制备H2。阳极的电极反应式为
     
    ,一段时间后阴、阳两极收集到的气体质量之比为
     

    发布:2025/1/4 8:0:1组卷:9引用:3难度:0.5
  • 3.将等物质的量的A、B混合于2L的密闭容器中,发生如下反应:3A(g)+B(g)⇌xC(g)+2D(g),经5min后,测得D的浓度为0.5mol/L,c(A):c(B)=3:5,C的平均反应速率为0.1mol/(L•min).求:
    (1)此时A的浓度c(A)=
     
    mol/L,反应开始前容器中的A、B的物质的量:n(A)=n(B)=
     
    mol;
    (2)B的平均反应速率v(B)=
     
    mol/(L•min);
    (3)x的值为
     

    发布:2024/12/30 19:0:1组卷:163引用:26难度:0.3
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