18.《自然》雜志報(bào)道,科學(xué)家設(shè)計(jì)出了“空氣燃料實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)”,其過(guò)程分三步:
第一步,利用太陽(yáng)能收集空氣中的CO2和H2O;
第二步,在太陽(yáng)能作用下將CO2和H2O轉(zhuǎn)化成合成氣(CO、H2);
第三步,利用合成氣合成液態(tài)烴和甲醇。
Ⅰ模擬制備合成氣的裝置如圖1所示。
回答下列問(wèn)題:
(1)交換膜是
(填“陰離子”或“陽(yáng)離子”)交換膜。b極是
(填“正極”或“負(fù)極”)。
Ⅱ利用合成氣合成甲醇:CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g)ΔH
已知:aA(g)+bB(g)=xX(g)+yY(g)ΔH=xΔHm[X(g)]+yΔHm[Y(g)]-aΔHm[A(g)]-bΔHm[B(g)],ΔHm[X(g)]表示X(g)的摩爾生成焓,其余類推。
(2)25℃101kPa時(shí),CO(g)、H2(g)、CH3OH(g)的摩爾生成焓分別為-110.5kJ/mol、0、-201.25kJ/mol,則上述反應(yīng)的ΔH=
。
(3)某溫度、催化劑作用下,該反應(yīng)的速率方程為v=kcn(CO)cm(H2)(k為速率常數(shù),與溫度、催化劑有關(guān),與濃度無(wú)關(guān))。測(cè)得速率與CO、H2的濃度關(guān)系如下表所示:
實(shí)驗(yàn) |
c(CO)/mol/L |
c(H2)/mol/L |
速率 |
Ⅰ |
0.10 |
0.10 |
v |
Ⅱ |
0.20 |
0.10 |
2v |
Ⅲ |
0.20 |
0.20 |
8v |
Ⅳ |
0.40 |
x |
36v |
計(jì)算x=
。
(4)某溫度下,向容積為2L的密閉容器中加入1mol CO和2mol H
2,發(fā)生上述反應(yīng),CO轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間的變化如圖2所示:
該溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)為
;若起始?jí)簭?qiáng)為9MPa,則10min時(shí)容器中的壓強(qiáng)為
MPa;若保持其他條件不變,起始時(shí)加入2mol CO和2mol H
2,達(dá)到平衡,相應(yīng)的點(diǎn)可能是圖中A、B、C、D中的
。
(5)若只改變反應(yīng)的一個(gè)條件,能使平衡體系中
增大的措施有
(答出一點(diǎn)即可)。
(6)若投料時(shí)CO與H
2的物質(zhì)的量之比恒定,溫度、壓強(qiáng)對(duì)CO平衡轉(zhuǎn)化率的影響如圖3所示,圖中X點(diǎn)的v(逆)
Y點(diǎn)的v(正)(填“>”“<”或“=”),理由是