當前位置： 2022-2023學年廣東省深圳市光明區(qū)高三（上）期末化學試卷> 試題詳情

將CO₂氫化制備CO的反應(yīng)稱為逆水煤氣變換反應(yīng)（RWGS），工業(yè)上常利用RWGS反應(yīng)制備化工原料CO，此舉可有效緩解溫室效應(yīng)。涉及反應(yīng)如下：
RWGS反應(yīng)Ⅰ：CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）ΔH₁=+41.2kJ?mol^-1
副反應(yīng)Ⅱ：CO₂（g）+4H₂（g）?CH₄（g）+2H₂O（g）ΔH₂=-164kJ?mol^-1
回答下列問題：
（1）反應(yīng)CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）ΔH=
+205
+205
kJ?mol^-1。相比RWGS反應(yīng)，副反應(yīng)Ⅱ在化學熱力學上進行的趨勢很大，原因為
該反應(yīng)的正反應(yīng)是放出熱量很大的反應(yīng)
該反應(yīng)的正反應(yīng)是放出熱量很大的反應(yīng)
。
（2）研究表明由不同的方法制備得到的Ni-CeO₂催化劑對RWGS反應(yīng)的催化活性和選擇性不同。在某恒壓密閉容器中充入一定量CO₂（g）和H₂（g），在不同的溫度下反應(yīng)相同的時間，實驗測得CO₂轉(zhuǎn)化率、CH₄的選擇性與反應(yīng)溫度的關(guān)系分別如圖1和圖2所示：

①600℃時，為提高CO的產(chǎn)率，適宜選擇的催化劑為
Ni-CeO₂-DP800
Ni-CeO₂-DP800
（填“Ni-CeO₂-IM800”或“Ni-CeO₂-CP800“），原因為
600℃時CO₂的轉(zhuǎn)化率和CO（g）的選擇性的乘積：Ni-CeO₂-DP800＞Ni-CeO₂-IM800Ni
600℃時CO₂的轉(zhuǎn)化率和CO（g）的選擇性的乘積：Ni-CeO₂-DP800＞Ni-CeO₂-IM800Ni
。
②研究表明，Ni-CeO₂催化劑中，進入立方CeO₂晶胞（結(jié)構(gòu)如圖3所示）的Ni²⁺會替代部分Ce⁴⁺而變成RWGS反應(yīng)的活化中心。立方CeO₂晶胞參數(shù)為apm,阿伏加德羅常數(shù)的值為N_A，則CeO₂晶胞的密度為
6
.
88
×
1
0
32
a
3
N
A
6
.
88
×
1
0
32
a
3
N
A
g/cm³（列式即可）。
（3）T℃時，在某剛性密閉容器中充入1molCO₂（g）和2molH₂（g），發(fā)生反應(yīng)Ⅰ和反應(yīng)Ⅱ，達到平衡時測得CO₂轉(zhuǎn)化率為40%，生成0.05molCH₄。平衡時，該溫度下RWGS反應(yīng)的平衡常數(shù)為
0.181
0.181
。（結(jié)果保留3位有效數(shù)字）
（4）對于反應(yīng)Ⅰ和反應(yīng)Ⅱ同時發(fā)生的體系，在投料比一定時測得CO₂的平衡轉(zhuǎn)化率與壓強（0.1MPa、1MPa、10MPa）、溫度的關(guān)系如圖4所示。L₁、L₂、L₃三條曲線中表征壓強是0.1MPa的是
L₁
L₁
（填“L₁”“L₂”或“L₃”）。

【答案】+205；該反應(yīng)的正反應(yīng)是放出熱量很大的反應(yīng)；Ni-CeO₂-DP800；600℃時CO₂的轉(zhuǎn)化率和CO（g）的選擇性的乘積：Ni-CeO₂-DP800＞Ni-CeO₂-IM800Ni；

；0.181；L₁

【解答】

【點評】

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發(fā)布：2024/6/27 10:35:59組卷：16引用：1難度：0.6

相似題

1．苯的結(jié)構(gòu)特點決定了苯容易發(fā)生取代反應(yīng)，因此研究苯的取代產(chǎn)物及反應(yīng)機理具有重要意義。
Ⅰ．（1）苯與濃硫酸發(fā)生磺化反應(yīng)生成苯磺酸，苯與濃硝酸和濃硫酸的混合物發(fā)生硝化反應(yīng)生成硝基苯，磺化反應(yīng)與硝化反應(yīng)不同，是可逆反應(yīng)。已知：H₂SO₄（濃硫酸）+
室溫
+H₂O，要使反應(yīng)向某一方向進行，需采用不同的條件，要使苯磺酸重新轉(zhuǎn)變成苯和硫酸，需采用的條件是

、

。（請寫出兩點）
（2）苯的磺化反應(yīng)的特點是反應(yīng)中間體轉(zhuǎn)變?yōu)楸交撬崤c恢復為苯所越過的能壘差別不大（如圖1所示）。苯的硝化反應(yīng)歷程與苯的磺化反應(yīng)部分相似，但中間體都轉(zhuǎn)變成產(chǎn)物，反應(yīng)是不可逆的，在圖2上畫出硝化反應(yīng)的不可逆過程（表示出中間體的能量）

。
（3）發(fā)煙硫酸與苯反應(yīng)最快，在常溫下即可與苯發(fā)生磺化反應(yīng)，生成苯磺酸：H₂SO₄（發(fā)煙硫酸）+
室溫
+H₂O，當發(fā)煙硫酸和苯按1：1反應(yīng)達到平衡后產(chǎn)生的苯磺酸的物質(zhì)的量分數(shù)為26%，則該反應(yīng)的平衡常數(shù)K為

。
Ⅱ．苯胺是苯的又一重要的取代產(chǎn)物，一步法合成苯胺的研究具有非常重要的現(xiàn)實意義。相關(guān)反應(yīng)如下：
①（l）+NH₃?H₂O（l）
催化劑
（l）+H₂↑（g）+H₂O（1），反應(yīng)①常溫下不自發(fā)。
（1）反應(yīng)①是放熱反應(yīng)還是吸熱反應(yīng)，判斷并說明理由：

。
（2）往反應(yīng)①中加入H₂O₂（l）后，所得反應(yīng)（簡稱反應(yīng)②，下同）在常溫下能自發(fā)進行，原因是

。（已知反應(yīng)①、②都是一步法合成苯胺的方法）
（3）下列描述正確的是

。
A．升高溫度反應(yīng)①的平衡常數(shù)增大
B．加壓有利于反應(yīng)①、②的平衡正向移動
C．反應(yīng)①中加入H₂O₂（1）后平衡正向移動
D．增大苯和一水合氨的配料比有利于提高苯胺的物質(zhì)的量分數(shù)
發(fā)布：2024/10/26 17:0:2組卷：13引用：1難度：0.6
解析
2．Ⅰ.（1）苯與濃硫酸發(fā)生磺化反應(yīng)生成苯磺酸，苯與濃硝酸和濃硫酸的混合物發(fā)生硝化反應(yīng)生成硝基苯，磺化反應(yīng)與硝化反應(yīng)不同，是可逆反應(yīng)。已知：H₂SO₄（濃硫酸）+，要使反應(yīng)向某一方向進行，需采用不同的條件，要使苯磺酸重新轉(zhuǎn)變成苯和硫酸，需采用的條件是

（請寫出兩點）。
（2）苯的磺化反應(yīng)的特點是反應(yīng)中間體轉(zhuǎn)變?yōu)楸交撬崤c恢復為苯所越過的能壘差別不大（如圖1所示）。

苯的硝化反應(yīng)歷程與苯的磺化反應(yīng)部分相似，但中間體都轉(zhuǎn)變成產(chǎn)物，反應(yīng)是不可逆的，在圖2上畫出硝化反應(yīng)的不可逆過程（表示出中間體的能量）

。
（3）發(fā)煙硫酸與苯反應(yīng)最快，在常溫下即可與苯發(fā)生磺化反應(yīng)，生成苯磺酸：H₂SO₄（發(fā)煙硫酸）+，當發(fā)煙硫酸和苯按1：1反應(yīng)達到平衡后產(chǎn)生的苯磺酸的物質(zhì)的量分數(shù)為26%，則該反應(yīng)的平衡常數(shù)K為

。
Ⅱ．苯胺是苯的又一重要的取代產(chǎn)物，一步法合成苯胺的研究具有非常重要的現(xiàn)實意義。
相關(guān)反應(yīng)如下：
①，反應(yīng)①常溫下不自發(fā)。
（4）往反應(yīng)①中加入H₂O₂（l）后，所得反應(yīng)（簡稱反應(yīng)②，下同）在常溫下能自發(fā)進行，原因是

（已知反應(yīng)①、②都是一步法合成苯胺的方法）。
（5）下列描述正確的是

。
A．升高溫度反應(yīng)①的平衡常數(shù)增大
B．加壓有利于反應(yīng)①、②的平衡正向移動
C．反應(yīng)①中加入H₂O₂（l）后平衡正向移動
D．增大苯和一水合氨的配料比有利于提高苯胺的物質(zhì)的量分數(shù)
發(fā)布：2024/10/26 17:0:2組卷：17引用：1難度：0.5
解析

3．煉鐵高爐用焦炭為還原料使Fe₂O₃還原為鐵，已知：
Ⅰ．C（s）+CO₂（g）?2CO（g）△H=+172kJ?mol^-1
Ⅱ．298K時，相關(guān)反應(yīng)的熱力學數(shù)據(jù)如下表。

熱力學數(shù)據(jù) 反應(yīng)①2Fe₂O₃（s）+3C（s）═4Fe（s）+3CO₂（g）反應(yīng)②Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）

△H/kJ?mol^-1 +468 △H₂

△G/kJ?mol^-1 +301 -29

△S/J?mol^-1K^-1 +558 +15

（1）反應(yīng)②的焓變△H₂的值為

。
（2）反應(yīng)①和反應(yīng)②中

（填“①”或“②”）代表高爐煉鐵的主要反應(yīng)，理由是

。
（3）反應(yīng)①的△S遠大于反應(yīng)②的原因是

。
（4）高爐煤氣為煉鐵過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)品，經(jīng)除塵后，主要成分為CO、CO₂、N₂，其中可燃成分CO體積分數(shù)約占25%，CO₂、N₂分別占15%、60%左右。在100kPa下，F(xiàn)e₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）在高爐內(nèi)反應(yīng)的平衡常數(shù)K_p=

（K_p為以分壓表示的平衡常數(shù)，保留兩位小數(shù)）。欲進一步提高CO的轉(zhuǎn)化率，可采取的措施

。
a.適當降低反應(yīng)體系的溫度
b.及時移出體系中的CO₂
c.加入合適的催化劑
d.增大Fe₂O₃的量
（5）高爐煤氣中N₂、CO₂的含量較高，利用CO前需要對CO進行富集，實現(xiàn)CO與CO₂和N₂的分離。CO吸附劑的開發(fā)大多數(shù)以亞銅為活性組分負載在各種載體上，然后采用變壓吸附（PSA）方式在含N₂體系中脫出CO．如圖是變壓吸附回收高爐煤氣中CO的流程圖。

PSA-Ⅰ吸附CO₂時間對PSA-Ⅱ中CO回收率的影響見圖，由此可見，為了保證載體亞銅吸附劑對CO的吸附和提純要求，應(yīng)采取的措施是

，“放空氣體”的主要成分為

．若用飽和Na₂CO₃溶液作吸收劑脫除CO₂時，初期無明顯現(xiàn)象，后期有固體析出。

①溶液中離子濃度關(guān)系正確的是

。（選填字母）
a.吸收前：c（Na⁺）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（HCO₃^-）
b.吸收初期：2c（CO₃^2-）+2c（HCO₃^-）+2c（H₂CO₃）=c（Na⁺）
c.吸收全進程：c（Na⁺）+c（H⁺）=2c（CO₃^2-）+c（HCO₃^-）+c（OH^-）
②后期析出固體的成分是

。

發(fā)布：2024/10/26 17:0:2組卷：11引用：1難度：0.4

解析

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熱力學數(shù)據(jù)	反應(yīng)①2Fe₂O₃（s）+3C（s）═4Fe（s）+3CO₂（g）	反應(yīng)②Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）
△H/kJ?mol^-1	+468	△H₂
△G/kJ?mol^-1	+301	-29
△S/J?mol^-1K^-1	+558	+15