當(dāng)前位置： 2023-2024學(xué)年浙江省杭州市四校聯(lián)考高二（上）月考化學(xué)試卷（10月份）> 試題詳情

二氧化碳的轉(zhuǎn)化和利用成為實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰”、“碳中和”的重要研究課題二氧化碳加氫制甲醇涉及的反應(yīng)可表示為：
①CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）ΔH₁
②CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）ΔH₂=-90kJ?mol^-1
③CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）ΔH₃=-49kJ?mol^-1
（1）根據(jù)上述反應(yīng)求：④CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）ΔH₄=
-41kJ/mol
-41kJ/mol
。
（2）我國(guó)學(xué)者結(jié)合實(shí)驗(yàn)與計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果，研究了在金催化劑表面上反應(yīng)④的反應(yīng)歷程，如圖所示，其中吸附在金催化劑表面上的物種用標(biāo)注。

寫(xiě)出該歷程中決速步驟的化學(xué)方程式：
COO
H

+
H
*
+
H
2
O
*
═
COO
H
*
+
2
H
*
+
O
H
*
或
H
2
O
*
═
H
*
+
O
H
*
COO
H
*
+
H
*
+
H
2
O
*
═
COO
H
*
+
2
H
*
+
O
H
*
或
H
2
O
*
═
H
*
+
O
H
*
。
（3）在一體積可變的密閉容器中，在保持aMPa下，按照
n
（
H
2
）
n
（
C
O
2
）
=3投料，平衡時(shí)，CO和CH₃OH在含碳產(chǎn)物中物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)及CO₂的轉(zhuǎn)化率隨溫度的變化如圖所示：

①圖中m曲線代表的物質(zhì)為
CH₃OH
CH₃OH
。
②下列說(shuō)法正確的是
AC
AC
（填標(biāo)號(hào)）。
A．180～380℃范圍內(nèi)，H₂的平衡轉(zhuǎn)化率始終低于CO₂
B．溫度越高，越有利于工業(yè)生產(chǎn)CH₃OH
C．一定時(shí)間內(nèi)反應(yīng)，加入選擇性高的催化劑，可提高CH₃OH的產(chǎn)率
D．150～400℃范圍內(nèi)，隨著溫度的升高，CO₂的反應(yīng)速率先減小后增大
③已知?dú)怏w分壓=氣體總壓×氣體的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)，用平衡分壓代替平衡濃度可以得到平衡常數(shù)Kp,270℃時(shí)反應(yīng)①的分壓平衡常數(shù)為
0.0015
0.0015
（保留2位有效數(shù)字）。
（4）為了提高甲醇的選擇性，CH₃OH的選擇性是指轉(zhuǎn)化的CO₂中生成CH₃OH的百分比，某科研團(tuán)隊(duì)研制了一種具有反應(yīng)和分離雙功能的分子篩膜催化反應(yīng)器，原理如圖所示。

保持壓強(qiáng)為3MPa,溫度為260℃，向密閉容器中按投料比
n
（
H
2
）
n
（
C
O
2
）
=3投入一定量CO₂和H₂，不同反應(yīng)模式下CO₂的平衡化率和CH₃OH的選擇性的相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表所示。

實(shí)驗(yàn) 反應(yīng)模式 CO₂的平衡轉(zhuǎn)化率 CH₃OH的選擇性

① 普通催化反應(yīng)器 21.9 67.3

② 分子篩膜催化反應(yīng)器 36.1 100.0

由表中數(shù)據(jù)可知，在分子篩膜催化反應(yīng)器模式下，CO₂的轉(zhuǎn)化率明顯提高，結(jié)合具體反應(yīng)分析可能的原因是
雙功能的分子篩膜催化反應(yīng)器模式下，只發(fā)生生成甲醇的反應(yīng)，雙功能的分子篩膜能及時(shí)分離出水蒸氣使平衡正向移動(dòng)，CO₂的轉(zhuǎn)化率增大
雙功能的分子篩膜催化反應(yīng)器模式下，只發(fā)生生成甲醇的反應(yīng)，雙功能的分子篩膜能及時(shí)分離出水蒸氣使平衡正向移動(dòng)，CO₂的轉(zhuǎn)化率增大
。

【考點(diǎn)】化學(xué)平衡的計(jì)算；用蓋斯定律進(jìn)行有關(guān)反應(yīng)熱的計(jì)算；化學(xué)方程式的書(shū)寫(xiě)．

【答案】-41kJ/mol；

COO

═

COO

或

═

；CH₃OH；AC；0.0015；雙功能的分子篩膜催化反應(yīng)器模式下，只發(fā)生生成甲醇的反應(yīng)，雙功能的分子篩膜能及時(shí)分離出水蒸氣使平衡正向移動(dòng)，CO₂的轉(zhuǎn)化率增大

【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。

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發(fā)布：2024/9/13 7:0:8組卷：27引用：1難度：0.5

相似題

1．苯的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)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(jī)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(jìn)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(qǐng)寫(xiě)出兩點(diǎn)）
（2）苯的磺化反應(yīng)的特點(diǎn)是反應(yīng)中間體轉(zhuǎn)變?yōu)楸交撬崤c恢復(fù)為苯所越過(guò)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(huà)出硝化反應(yīng)的不可逆過(guò)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(dāng)發(fā)煙硫酸和苯按1：1反應(yīng)達(dá)到平衡后產(chǎn)生的苯磺酸的物質(zhì)的量分?jǐn)?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(shí)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(shuō)明理由：

。
（2）往反應(yīng)①中加入H₂O₂（l）后，所得反應(yīng)（簡(jiǎn)稱(chēng)反應(yīng)②，下同）在常溫下能自發(fā)進(jìn)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(dòng)
C．反應(yīng)①中加入H₂O₂（1）后平衡正向移動(dòng)
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?jǐn)?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(jìn)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(qǐng)寫(xiě)出兩點(diǎn)）。
（2）苯的磺化反應(yīng)的特點(diǎn)是反應(yīng)中間體轉(zhuǎn)變?yōu)楸交撬崤c恢復(fù)為苯所越過(guò)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(huà)出硝化反應(yīng)的不可逆過(guò)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(dāng)發(fā)煙硫酸和苯按1：1反應(yīng)達(dá)到平衡后產(chǎn)生的苯磺酸的物質(zhì)的量分?jǐn)?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(shí)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(jiǎn)稱(chēng)反應(yīng)②，下同）在常溫下能自發(fā)進(jìn)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(dòng)
C．反應(yīng)①中加入H₂O₂（l）后平衡正向移動(dòng)
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?jǐn)?shù)
發(fā)布：2024/10/26 17:0:2組卷：17引用：1難度：0.5
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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(shí)，相關(guān)反應(yīng)的熱力學(xué)數(shù)據(jù)如下表。

熱力學(xué)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(yuǎn)大于反應(yīng)②的原因是

。
（4）高爐煤氣為煉鐵過(guò)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?jǐn)?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(jìn)一步提高CO的轉(zhuǎn)化率，可采取的措施

。
a.適當(dāng)降低反應(yīng)體系的溫度
b.及時(shí)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(duì)CO進(jìn)行富集，實(shí)現(xiàn)CO與CO₂和N₂的分離。CO吸附劑的開(kāi)發(fā)大多數(shù)以亞銅為活性組分負(fù)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(shí)間對(duì)PSA-Ⅱ中CO回收率的影響見(jiàn)圖，由此可見(jiàn)，為了保證載體亞銅吸附劑對(duì)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(shí)，初期無(wú)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(jìn)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

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實(shí)驗(yàn)	反應(yīng)模式	CO₂的平衡轉(zhuǎn)化率	CH₃OH的選擇性
①	普通催化反應(yīng)器	21.9	67.3
②	分子篩膜催化反應(yīng)器	36.1	100.0

熱力學(xué)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