甲醇是一種基本的有機化工原料,用途十分廣泛。應(yīng)用CO2催化加氫規(guī)?;a(chǎn)甲醇是綜合利用CO2,實現(xiàn)“碳達峰”的有效措施之一。我國科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)二氧化碳電催化還原制甲醇的反應(yīng)CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g)ΔH,需通過以下兩步實現(xiàn):
Ⅰ.CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g)ΔH1
Ⅱ.CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g)ΔH2
(1)反應(yīng)過程中各物質(zhì)的相對能量變化情況如圖所示。
ΔH2=-90kJ/mol-90kJ/mol。
(2)若CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g)ΔS=-175J?mol-1?K-1,下列溫度下反應(yīng)能自發(fā)進行的是 AA(填序號)。
A.5℃
B.10℃
C.50℃
D.500℃
(3)恒壓下,分別向無分子篩膜和有分子篩膜(能選擇性分離出H2O)的兩個同體積容器中通入1molCO2和3molH2,甲醇的產(chǎn)率隨溫度的變化如圖所示。溫度相同時,有分子篩膜的容器中甲醇的產(chǎn)率大于無分子篩膜的原因為 分子篩膜能不斷分離出H2O(g),有利于反應(yīng)正向進行分子篩膜能不斷分離出H2O(g),有利于反應(yīng)正向進行。
(4)按照n(CO2):n(H2)=1:3投料,在恒容密閉容器中進行反應(yīng),CO2的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度和壓強變化如圖所示。
①壓強P1、P2、P3由大到小的順序是 P3>P2>P1P3>P2>P1。
②壓強為P2時,溫度高于670℃之后,隨著溫度升高平衡轉(zhuǎn)化率增大的原因是 ΔH1>0,ΔH2<0,升高溫度,反應(yīng)Ⅰ正向移動,反應(yīng)Ⅱ逆向移動,670℃之后,反應(yīng)Ⅰ起主導(dǎo)作用,CO2的平衡轉(zhuǎn)化率增大ΔH1>0,ΔH2<0,升高溫度,反應(yīng)Ⅰ正向移動,反應(yīng)Ⅱ逆向移動,670℃之后,反應(yīng)Ⅰ起主導(dǎo)作用,CO2的平衡轉(zhuǎn)化率增大。
③同時增大CO2的平衡轉(zhuǎn)化率和CH3OH的產(chǎn)率可采取的措施是 增大壓強增大壓強。
④一種應(yīng)用雙極膜(由陽離子和陰離子交換膜構(gòu)成)通過電化學(xué)還原CO2制備甲醇的電解原理如圖所示。催化電極的電極反應(yīng)式為 CO2+6HCO-3+6e-=CH3OH+6CO2-3+H2OCO2+6HCO-3+6e-=CH3OH+6CO2-3+H2O,雙極膜內(nèi)每消耗18g水,理論上石墨電極產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)狀況下 5.65.6LO2。
C
O
2
+
6
HC
O
-
3
+
6
e
-
=
C
H
3
OH
+
6
C
O
2
-
3
+
H
2
O
C
O
2
+
6
HC
O
-
3
+
6
e
-
=
C
H
3
OH
+
6
C
O
2
-
3
+
H
2
O
【答案】-90kJ/mol;A;分子篩膜能不斷分離出H2O(g),有利于反應(yīng)正向進行;P3>P2>P1;ΔH1>0,ΔH2<0,升高溫度,反應(yīng)Ⅰ正向移動,反應(yīng)Ⅱ逆向移動,670℃之后,反應(yīng)Ⅰ起主導(dǎo)作用,CO2的平衡轉(zhuǎn)化率增大;增大壓強;;5.6
C
O
2
+
6
HC
O
-
3
+
6
e
-
=
C
H
3
OH
+
6
C
O
2
-
3
+
H
2
O
【解答】
【點評】
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發(fā)布:2024/9/5 3:0:9組卷:22引用:3難度:0.5
相似題
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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=
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(CO2)n(C2H6),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=13
(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
(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
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 -
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( )
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= 3PB.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 -
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=×100%制備目標(biāo)物質(zhì)消耗原料的量原料總的轉(zhuǎn)化量
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
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