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:
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(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)+32H2*(g)CO*(g)+2H2(g)=HCO*(g)+32H2*(g)。
③m=0.950.95(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=-EaT+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(xiàn)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(xiàn)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(CH3OH)n(CH3OH)+n(CO)×100%]和CO的選擇性[n(CO)n(CH3OH)+n(CO)×100%]隨壓強(qiáng)的變化曲線(xiàn)如圖3所示。圖中表示CO2的平衡轉(zhuǎn)化率的曲線(xiàn)是 nn(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 0.875a0.875akPa?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=384a2384a2(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+。
3
2
3
2
E
a
T
n
(
C
H
3
OH
)
n
(
C
H
3
OH
)
+
n
(
CO
)
n
(
CO
)
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(
C
H
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OH
)
+
n
(
CO
)
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a
2
384
a
2
【答案】較低;CO*(g)+2H2(g)=HCO*(g)+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;;2H2O-4e-=O2↑+4H+
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2
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a
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【解答】
【點(diǎn)評(píng)】
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發(fā)布:2024/9/15 6:0:10組卷:36引用:2難度:0.5
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1.氫氣最早于16世紀(jì)被人工制取出來(lái),氫氣是一種清潔能源。
(1)利用光伏電池電解水制H2是氫能的重要來(lái)源。已知:H-H鍵、O=O鍵、H-O鍵的鍵能依次為436kJ?mol-1、495kJ?mol-1、463kJ?mol-1。則2H2O(g)═2H2(g)+O2(g)△H=
(2)T1℃時(shí),向5L恒容密閉容器中充入0.5molCH4,只發(fā)生反應(yīng)2CH4(g)?C2H4(g)+2H2(g),達(dá)到平衡時(shí),測(cè)得c(C2H4)=2c(CH4),CH4的轉(zhuǎn)化率為
(3)CH4分解時(shí)幾種氣體的平衡分壓(pPa)的對(duì)數(shù)值lgp與溫度的關(guān)系如圖所示。
①T℃時(shí),向一恒容密閉容器中通入一定量的CH4(g)、C2H4(g)和H2(g),只發(fā)生反應(yīng)2CH4(g)?C2H2(g)+3H2(g)ΔH,ΔH
②若只改變一個(gè)反應(yīng)條件使Kp變大,則該條件是
A.減小C2H2的濃度
B.升高溫度
C.增大壓強(qiáng)
D.加入合適的催化劑
(4)工業(yè)上,以KNH2和液氨為電解質(zhì),以石墨為電極,電解液氨制備H2。陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為發(fā)布:2025/1/4 8:0:1組卷:9引用:3難度:0.5 -
2.反應(yīng) 4A(g)+5B(g)?4C(g)+6D(g)在 5L 的密閉容器中進(jìn)行,半分鐘后,C 的物質(zhì)的量增 加了 0.30mol。下列敘述正確的是( ?。?/h2>
發(fā)布:2024/12/30 19:30:2組卷:62引用:6難度:0.6 -
3.將等物質(zhì)的量的A、B混合于2L的密閉容器中,發(fā)生如下反應(yīng):3A(g)+B(g)?xC(g)+2D(g),經(jīng)5min后,測(cè)得D的濃度為0.5mol/L,c(A):c(B)=3:5,C的平均反應(yīng)速率為0.1mol/(L?min).求:
(1)此時(shí)A的濃度c(A)=
(2)B的平均反應(yīng)速率v(B)=
(3)x的值為發(fā)布:2024/12/30 19:0:1組卷:163引用:26難度:0.3
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