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甲醇是重要的化工原料之一,也可用作燃料,利用合成氣(主要成分為CO、CO2和H2)可以合成甲醇,涉及的反應(yīng)如下:
反應(yīng)i:CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g) ΔH1
反應(yīng)ii:CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g) ΔH2=-49.9kJ?mol-1
反應(yīng)iii:CO2(g)+H2(g)?CO(g)+H2O(g) ΔH3=+41.6kJ?mol-1
請(qǐng)回答下列問(wèn)題:
菁優(yōu)網(wǎng)?
(1)在某催化劑作用下,反應(yīng)i的反應(yīng)歷程如圖1所示(圖中數(shù)據(jù)表示微粒數(shù)目以及微粒的相對(duì)總能量,*表示吸附在催化劑上):
①反應(yīng)i在
較低
較低
(填“較低”或“較高”)溫度下才能自發(fā)進(jìn)行。
②結(jié)合反應(yīng)歷程,寫(xiě)出反應(yīng)i中生成甲醇的決速步驟的反應(yīng)方程式:
CO*(g)+2H2(g)=HCO*(g)+
3
2
H2*(g)
CO*(g)+2H2(g)=HCO*(g)+
3
2
H2*(g)
。
③m=
0.95
0.95
(計(jì)算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字,已知1eV=1.6×10-22kJ)。
(2)反應(yīng)i的Archenius經(jīng)驗(yàn)公式Rlnk=-
E
a
T
+C(Ea為活化能,k為速率常數(shù),R和C均為常數(shù),T為溫度),實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖中曲線M所示。當(dāng)改變外界條件時(shí),實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖2中曲線N所示,則實(shí)驗(yàn)可能改變的外界條件是
加入了高效催化劑
加入了高效催化劑
。
(3)將一定量的CO2(g)和H2(g)充入密閉容器中并加入合適的催化劑,只發(fā)生反應(yīng)ii和iii。相同溫度下,在不同壓強(qiáng)下測(cè)得CO2的平衡轉(zhuǎn)化率、CH3OH(g)的選擇性[
n
C
H
3
OH
n
C
H
3
OH
+
n
CO
×100%]和CO的選擇性[
n
CO
n
C
H
3
OH
+
n
CO
×100%]隨壓強(qiáng)的變化曲線如圖3所示。圖中表示CO2的平衡轉(zhuǎn)化率的曲線是
n
n
(填“m”“n”或“p”),簡(jiǎn)述判斷方法:
反應(yīng)ii是氣體體積減小的反應(yīng),反應(yīng)iii是氣體體積不變的反應(yīng),增大壓強(qiáng)時(shí)平衡正向移動(dòng),CO2的平衡轉(zhuǎn)化率增大
反應(yīng)ii是氣體體積減小的反應(yīng),反應(yīng)iii是氣體體積不變的反應(yīng),增大壓強(qiáng)時(shí)平衡正向移動(dòng),CO2的平衡轉(zhuǎn)化率增大
。
(4)有研究認(rèn)為,在某催化劑作用下反應(yīng)ii先后通過(guò)反應(yīng)iii、i來(lái)實(shí)現(xiàn)。保持溫度T不變,向一恒容密閉容器中充入4mol CO2和8mol H2,在該催化劑作用下發(fā)生反應(yīng),經(jīng)5min達(dá)到平衡,測(cè)得H2O(g)的物質(zhì)的量為3mol,起始及達(dá)平衡時(shí)容器的總壓強(qiáng)分別為1.5akPa、akPa,則從開(kāi)始到平衡用H2分壓表示的平均反應(yīng)速率為
0.875a
0.875a
kPa?min-1(用含a的式子表示,下同,分壓=總壓x物質(zhì)的量分?jǐn)?shù));反應(yīng)ii的壓強(qiáng)平衡常數(shù)Kp=
384
a
2
384
a
2
(kPa)-2(Kp為用分壓代替濃度計(jì)算的平衡常數(shù))。
(5)光催化CO2制甲醇技術(shù)也是研究熱點(diǎn)。銅基納米光催化材料還原CO2的機(jī)理如圖4所示,光照時(shí),低能價(jià)帶失去電子并產(chǎn)生空穴(h+,具有強(qiáng)氧化性)。在低能價(jià)帶上,H2O直接轉(zhuǎn)化為O2的電極反應(yīng)式為
2H2O-4e-=O2↑+4H+
2H2O-4e-=O2↑+4H+
。

【答案】較低;CO*(g)+2H2(g)=HCO*(g)+
3
2
H2*(g);0.95;加入了高效催化劑;n;反應(yīng)ii是氣體體積減小的反應(yīng),反應(yīng)iii是氣體體積不變的反應(yīng),增大壓強(qiáng)時(shí)平衡正向移動(dòng),CO2的平衡轉(zhuǎn)化率增大;0.875a;
384
a
2
;2H2O-4e-=O2↑+4H+
【解答】
【點(diǎn)評(píng)】
聲明:本試題解析著作權(quán)屬菁優(yōu)網(wǎng)所有,未經(jīng)書(shū)面同意,不得復(fù)制發(fā)布。
發(fā)布:2024/9/15 6:0:10組卷:27引用:1難度:0.5
相似題
  • 1.氫能是極具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉?,以氫燃料為代表的綠色燃料有良好的應(yīng)用前景。回答下列問(wèn)題:
    ?菁優(yōu)網(wǎng)
    (1)在載人航天器中,可以利用CO2與H2反應(yīng)生成H2O,通過(guò)電解水,從而實(shí)現(xiàn)O2的再生。
    ①CO2(g)+4H2(g)═CH4(g)+2H2O(l) ΔH1=-252.9kJ?mol-1
    ②2H2O(l)═2H2(g)+O2(g) ΔH2=+534kJ?mol-1
    甲烷與氧氣反應(yīng)生成二氧化碳和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式為
     

    (2)工業(yè)上常用甲烷水蒸氣重整制備氫氣,體系中發(fā)生如下反應(yīng)。
    Ⅰ.CH4(g)+H2O(g)?CO(g)+3H2(g)
    Ⅱ.CO(g)+H2O(g)?CO2(g)+H2(g) ΔH=-41.2kJ?mol-1
    ①下列操作中,能提高反應(yīng)Ⅰ中CH4(g)平衡轉(zhuǎn)化率的是
     
    (填標(biāo)號(hào))。
    A.增加CH4(g)用量
    B.恒溫恒壓下通入惰性氣體
    C.移除CO(g)
    D.加入催化劑
    ②在恒溫恒壓下,按水碳比[
    n
    H
    2
    O
    n
    CO
    ]=
    12
    5
    投料,總壓強(qiáng)為1.70MPa,達(dá)到平衡時(shí)CO2、H2和CH4的分壓(某成分分壓=總壓×該成分的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))如表:
    p(CO2)/MPa 0.30 p(H2)/MPa 0.30 p(CH4)/MPa 0
    則反應(yīng)Ⅱ的平衡常數(shù)Kc=
     
    。
    (3)水煤氣反應(yīng)Ⅱ需在多個(gè)催化劑反應(yīng)層間進(jìn)行降溫操作以“去除”反應(yīng)過(guò)程中的余熱(如圖1所示),保證反應(yīng)在最適宜溫度附近進(jìn)行。
    ①在催化劑活性溫度范圍內(nèi),圖2中b~c段對(duì)應(yīng)降溫操作的過(guò)程,實(shí)現(xiàn)該過(guò)程的操作方法是
     
    。
    A.噴入冷水(蒸氣)
    B.通過(guò)熱交換器換熱
    C.按原水碳比通入冷的原料氣
    ②若采用噴入冷水(蒸氣)的方式降溫,在圖3中作出CO平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度變化的曲線
     
    。

    發(fā)布:2024/10/27 17:0:2組卷:19引用:1難度:0.5
  • 2.一定溫度下,在三個(gè)容積均為1.0L的恒容密閉容器中發(fā)生反應(yīng):CH3OH(g)+CO(g)?CH3COOH(g) ΔH<0。下列說(shuō)法不正確的是(  )
    容器編號(hào) 溫度(K) 起始物質(zhì)的量(mol) 平衡時(shí)CH3COOH的物質(zhì)的量(mol) 平衡常數(shù)
    n(CH3OH) n(CO) n (CH3COOH)
    530 0.05 0.05 0 0.025 K1
    530 0.03 0.03 0.006 K2
    510 0 0 0.05 K3

    發(fā)布:2024/10/30 10:0:2組卷:57引用:3難度:0.4
  • 3.一定溫度下,向容積為1L的密閉容器中充入一定量的A(g)和B(g),發(fā)生反應(yīng)A(g)+2B(g)?C(g)。反應(yīng)過(guò)程中測(cè)得的部分?jǐn)?shù)據(jù)如表所示:
    t/min 0 10 20 30
    n(A)/mol 0.10 0.04 0.02
    n(B)/mol 0.20 0.04
    下列說(shuō)法正確的是( ?。?/h2>

    發(fā)布:2024/10/30 13:0:1組卷:19引用:2難度:0.6
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