實現(xiàn)碳中和成為各國科學(xué)家的研究重點,將二氧化碳轉(zhuǎn)化為綠色液體燃料甲醇是一個重要方向。
甲醇的制備原理為:CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)ΔH
(1)甲醇的制備反應(yīng)一般認為通過如下兩步來實現(xiàn):
①CO2(g)+H2(g)?C(g)+H2O(g)ΔH1=+41kJ/mol
②CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)ΔH2=-90kJ/mol
根據(jù)蓋斯定律,該反應(yīng)的ΔH=-49-49kJ?mol-1,反應(yīng)能在 低溫低溫(填“高溫”或“低溫”)自發(fā)進行。
(2)為探究該反應(yīng)原理,進行如下實驗:在一恒溫,體積為1L恒容密閉容器中,充入1molCO2和3molH2,進行該反應(yīng)。10min時測得CO2和CH3OH(g)的體積分數(shù)之比變?yōu)?:3且比值不再隨時間變化。回答下列問題:
①反應(yīng)開始到平衡,v(H2)=0.2250.225mol?L-1?min-1。
②該溫度下的平衡常數(shù)K=5.35.3(mol/L)-2(保留兩位有效數(shù)值)。
(3)我國科學(xué)家制備了一種ZO-ZrO2催化劑,實現(xiàn)CO2高選擇性合成CH3OH。氣相催化合成過程中,CO2轉(zhuǎn)化率(x)及CH3OH選擇性(S)隨溫度的變化曲線如圖。
①生成CH3OH的最佳溫度約為 320℃320℃。
②溫度升高,CO2轉(zhuǎn)化率升高,但產(chǎn)物CH3OH含量降低的原因:溫度升高,反應(yīng)速率加快,CO2轉(zhuǎn)化率升高,但甲醇選擇性降低,副反應(yīng)也增多,甲醇含量降低溫度升高,反應(yīng)速率加快,CO2轉(zhuǎn)化率升高,但甲醇選擇性降低,副反應(yīng)也增多,甲醇含量降低。
(4)研究發(fā)現(xiàn),CO2加氫還可制備甲酸(HCOOH),反應(yīng)為CO2(g)+H2(g)?HCOOH(g)ΔH<0。在一容積固定的密閉容器中進行反應(yīng),實驗測得:v正=k正c(CO2)c(H2),v逆=k逆c(HCOOH),k正、k逆為速率常數(shù)。溫度為T1℃時,該反應(yīng)K=2,溫度為T2℃時,k正=1.9k逆,則T2℃時平衡壓強 >>(填“>”“<”或“=”)T1℃時平衡壓強。
【答案】-49;低溫;0.225;5.3;320℃;溫度升高,反應(yīng)速率加快,CO2轉(zhuǎn)化率升高,但甲醇選擇性降低,副反應(yīng)也增多,甲醇含量降低;>
【解答】
【點評】
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發(fā)布:2024/10/12 4:0:3組卷:5引用:1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( ?。?/h2>
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>發(fā)布:2024/12/17 0:30:2組卷:81引用:5難度:0.5
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