當(dāng)前位置： 2023年山東省青島市高考化學(xué)一模試卷> 試題詳情

CH₄與CO₂的干法重整（DRM）反應(yīng)可同時轉(zhuǎn)化兩種溫室氣體，并制備CO和H₂．主要反應(yīng)如下：
反應(yīng)Ⅰ：CH₄（g）+CO₂（g）?2CO（g）+2H₂（g）ΔH₁；
反應(yīng)Ⅱ：CH₄（g）+3CO₂（g）?4CO（g）+2H₂O（g）ΔH₂；
反應(yīng)Ⅲ：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）ΔH₃
已知：反應(yīng)Ⅰ、Ⅱ的自發(fā)均需高溫條件．
（1）上述三個反應(yīng)的平衡常數(shù)K_p、ΔH與溫度T關(guān)系如圖1所示．圖中a點代表的是
Ⅱ
Ⅱ
（填“Ⅰ”、“Ⅱ”或“Ⅲ”）反應(yīng)的ΔH，ΔH₃=
-41
-41
kJ?mol^-1．
（2）向密閉容器中，通入3molCO₂和1molCH₄，若僅考慮上述反應(yīng)，平衡時CO₂、CH₄、CO、H₂的物質(zhì)的量隨溫度T的變化如圖2所示．

900K時，CH₄的物質(zhì)的量分數(shù)為
1
18
1
18
，用各物質(zhì)的物質(zhì)的量分數(shù)表示反應(yīng)Ⅲ的平衡常數(shù)K_x=
19
9
19
9
．900K后隨溫度升高，H₂物質(zhì)的量減少的原因為
900K后反應(yīng)Ⅲ逆向進行的程度大
900K后反應(yīng)Ⅲ逆向進行的程度大
．
（3）DRM反應(yīng)目前普遍存在的一個難題是積碳，該過程與兩個反應(yīng)有關(guān)
①CH₄
N
i
C+2H₂ ΔH＞0；
②2CO?C+CO₂ ΔH＜0．
目前積碳問題的解決方案主要有兩種：A．提高原料氣中CO₂的占比；B．在常規(guī)的Ni催化劑中添加MgO，使其在催化劑表面與Ni形成共熔物．試解釋這兩種方法可以有效抑制積碳的原因
增大CO₂濃度可以促使反應(yīng)②平衡左移；MgO在Ni催化劑表面形成共熔物，減小了Ni催化劑的表面積，減慢了反應(yīng)①的速率；MgO在Ni催化劑表面形成共熔物，因其顯堿性更易吸附CO₂有利于，有利于CO₂和C在催化劑表面的反應(yīng)
增大CO₂濃度可以促使反應(yīng)②平衡左移；MgO在Ni催化劑表面形成共熔物，減小了Ni催化劑的表面積，減慢了反應(yīng)①的速率；MgO在Ni催化劑表面形成共熔物，因其顯堿性更易吸附CO₂有利于，有利于CO₂和C在催化劑表面的反應(yīng)
（答出兩條即可）．
（4）使用CaO/Fe₃O₄/Ni復(fù)合催化劑，可顯著提高二氧化碳的轉(zhuǎn)化率，實現(xiàn)碳氫分離，并得到富含CO的產(chǎn)物，催化機理如圖3所示．請用化學(xué)方程式解釋Fe₃O₄循環(huán)的原理
Fe₃O₄+4CO=3Fe+4CO₂、Fe₃O₄+4H₂=3Fe+4H₂O、3Fe+4CO₂=Fe₃O₄+4CO或3Fe+4CaCO₃=4CaO+Fe₃O₄+4CO
Fe₃O₄+4CO=3Fe+4CO₂、Fe₃O₄+4H₂=3Fe+4H₂O、3Fe+4CO₂=Fe₃O₄+4CO或3Fe+4CaCO₃=4CaO+Fe₃O₄+4CO
．

【考點】化學(xué)平衡的計算；反應(yīng)熱和焓變；化學(xué)平衡的影響因素．

【答案】Ⅱ；-41；

；

；900K后反應(yīng)Ⅲ逆向進行的程度大；增大CO₂濃度可以促使反應(yīng)②平衡左移；MgO在Ni催化劑表面形成共熔物，減小了Ni催化劑的表面積，減慢了反應(yīng)①的速率；MgO在Ni催化劑表面形成共熔物，因其顯堿性更易吸附CO₂有利于，有利于CO₂和C在催化劑表面的反應(yīng)；Fe₃O₄+4CO=3Fe+4CO₂、Fe₃O₄+4H₂=3Fe+4H₂O、3Fe+4CO₂=Fe₃O₄+4CO或3Fe+4CaCO₃=4CaO+Fe₃O₄+4CO

【解答】

【點評】

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發(fā)布：2024/6/27 10:35:59組卷：80引用：2難度：0.3

相似題

1．CO₂的捕集與轉(zhuǎn)化是當(dāng)今科學(xué)研究的重要課題。以CO₂、C₂H₆為原料合成C₂H₄涉及的主要反應(yīng)如下：
Ⅰ.CO₂（g）+C₂H₆（g）?C₂H₄（g）+H₂O（g）+CO（g）ΔH=+177kJ?mol^-1（主反應(yīng)）
Ⅱ.C₂H₆（g）?CH₄（g）+H₂（g）+C（S）ΔH=+9kJ?mol^-1（副反應(yīng)）
（1）反應(yīng)Ⅰ的反應(yīng)歷程可分為如下兩步：
i.C₂H₆（g）?C₂H₄（g）+H₂（g）ΔH₁（反應(yīng)速率較快）
ii.H₂（g）+CO₂（g）?H₂O（g）+CO（g）ΔH₂=+41kJ?mol^-1（反應(yīng)速率較慢）
①ΔH₁=

kJ?mol^-1
②相比于提高c（C₂H₆），提高c（CO₂）對反應(yīng)I速率影響更大，其原因是

。
（2）向恒壓密閉容器中充入CO₂和C₂H₆合成C₂H₄，選擇不同溫度對相關(guān)量的影響如圖所示，工業(yè)生產(chǎn)綜合各方面的因素，反應(yīng)選擇800℃的原因是

。

（3）在800℃時，
n
（
C
O
2
）
n
（
C
2
H
6
）
=
1
3
，充入一定體積的密閉容器中，在有催化劑存在的條件下，只發(fā)生主反應(yīng)，初始壓強為P，一段時間達到平衡，產(chǎn)物的物質(zhì)的量之和與剩余反應(yīng)物的物質(zhì)的量之和相等，該溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp=

（用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓=總壓×物質(zhì)的量分數(shù)。計算結(jié)果用最簡分式表示）。
（4）工業(yè)上用甲烷催化法制取乙烯，只發(fā)生如下反應(yīng)：2CH₄?C₂H₄+2H₂ΔH＞0，溫度T時，向2L的恒容反應(yīng)器中充入2mol CH₄，僅發(fā)生上述反應(yīng)，反應(yīng)過程中CH₄的物質(zhì)的量隨時間變化如圖所示。實驗測得v_正=k_正c²（CH₄），v_逆=k_逆c（C₂H₄）?c²（H₂），k_正、k_逆為速率常數(shù)，只與溫度有關(guān)，則T溫度時
k
逆
k
正
═

（用含有m的代數(shù)式表示）。

（5）我國科學(xué)家使用電化學(xué)的方法（裝置如圖）用C₂H₆和CO₂合成了C₂H₄。
①M是電源的

極。
②陽極電極反應(yīng)式是

。
發(fā)布：2024/12/17 20:30:1組卷：24引用：2難度：0.6
解析

2．一定條件下，可逆反應(yīng)的平衡常數(shù)可以用平衡濃度計算，也可以用平衡分壓代替平衡濃度計算分壓=總壓×物質(zhì)的量分數(shù)．在恒溫恒壓條件下，總壓不變，用平衡分壓計算平衡常數(shù)更方便．下列說法不正確的是（　?。?/h2>

A．對于C₂H₄（g）+H₂O（g）?C2H5OH（g），在一定條件下達到平衡狀態(tài)時，體系的總壓強為P，其中C₂H₄（g）、H₂O（g）、C₂H₅OH（g）均為1mol,則用分壓表示的平衡常數(shù)Kp=

B．恒溫恒壓下，在一容積可變的容器中，反應(yīng)2A（g）+B（g）?2C（g）達到平衡時，A、B和C的位置的量分別為4mol、2mol和4mol,若此時A、B和C均增加1mol,平衡正向移動

C．恒溫恒壓下，在一容積可變的容器中，N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）達到平衡狀態(tài)時，N₂、H₂、NH₃各1mol,若此時再充入3molN₂，則平衡正向移動

D．對于一定條件下的某一可逆反應(yīng)，用平衡濃度表示的平衡常數(shù)和平衡分壓表示的平衡常數(shù)，其數(shù)值不同，但意義相同，都只與溫度有關(guān)

發(fā)布：2024/12/21 8:0:2組卷：134引用：1難度：0.7

解析

3．工業(yè)上可用“氨催化氧化法”生產(chǎn)NO，以氨氣、氧氣為原料，在Pt-Rh合金催化劑存在下生成NO和副產(chǎn)物N₂，兩個競爭反應(yīng)化學(xué)方程式如下：
Ⅰ．4NH₃（g）+5O₂（g）?4NO（g）+6H₂O（g）
Ⅱ．4NH₃（g）+3O₂（g）?2N₂（g）+6H₂O（g）
現(xiàn)將1molNH₃、1.45molO₂充入1L恒容密閉容器中，在上述催化劑作用下反應(yīng)，相同時間內(nèi)有關(guān)生成物物質(zhì)的量隨溫度變化曲線如圖所示。
已知：有效轉(zhuǎn)化率=
制備目標物質(zhì)消耗原料的量
原料總的轉(zhuǎn)化量
×100%
下列說法不正確的是（　?。?/h2>

A．400℃時，主要發(fā)生反應(yīng)Ⅱ

B．由圖分析工業(yè)上用氨催化氧化制備HNO₃，最佳溫度約為840℃

C．520℃時，NH₃的有效轉(zhuǎn)化率約為66.7%

D．840℃后，NO的物質(zhì)的量下降，可能是反應(yīng)Ⅰ平衡逆向移動所致

發(fā)布：2024/12/17 0:30:2組卷：81引用：5難度：0.5

解析

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