研究CO2的综合利用、实现CO2资源化，是能源领域的重要发展方向，也是力争2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和的方向之一、已知：反应I：CO2(g)+H2(g)→CO(g)+H2O(g) ΔH1=+41.2kJ/mol反应II：2CO(g)+4H2(g)→C2H4(g)+2H2O(g) ΔH2=-332kJ/mol反应III：2CO2(g)+6H2(g)→C2H4(g)+4H2O(g) ΔH3

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1. 研究CO₂的综合利用、实现CO₂资源化，是能源领域的重要发展方向，也是力争2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和的方向之一、

已知：反应I：CO₂(g)+H₂(g)→CO(g)+H₂O(g) ΔH₁=+41.2kJ/mol

反应II：2CO(g)+4H₂(g)→C₂H₄(g)+2H₂O(g) ΔH₂=-332kJ/mol

反应III：2CO₂(g)+6H₂(g)→C₂H₄(g)+4H₂O(g) ΔH₃

(1) 反应III中，ΔH₃=kJ/mol。

(2) 在体积为2L的刚性密闭容器中，充入1molCO和2molH₂ ，发生反应II，能判断反应达到平衡状态的是(填字母序号)。

a.2 $\text{[math]}$ (H₂)= $\text{[math]}$ (H₂O) b．容器内压强保持不变

c． $\text{[math]}$ 保持不变 d．C₂H₄的质量分数保持不变

(3) 在体积为2L的恒压密闭容器中，起始充入1molCO₂(g)和3molH₂(g)，发生反应III，该反应在不同温度下达到平衡时，各组分的体积分数随温度的变化如图所示。

①表示H₂和C₂H₄的体积分数随温度变化的曲线分别是(填字母序号)。

②A、B、C三点对应的化学平衡常数K_A、K_B、K_C从大到小的顺序为。

③240℃时，反应达到平衡后，容器中气体的总物质的量为mol，H₂(g)的平衡转化率为。若平衡时总压为P，该反应的平衡常数Kp=(列出计算式。用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压x物质的量分数)。

【考点】

反应热和焓变; 化学反应速率与化学平衡的综合应用;

【答案】

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综合题普通

1. 近几年经济发展迅速，汽车数量越来越多，在方便我们的工作和生活的同时，也带来了严重的环境问题，为了消除汽车尾气对大气环境和人体健康造成的影响，科学家们想了很多处理尾气的方法。

(1) 活性炭可用于处理汽车尾气中的NO，有关反应为C(s)＋2NO(g) $\text{[math]}$ N₂(g)＋CO₂(g)。

①判断该反应达到平衡的标志为。(填标号)

A．容器内气体的物质的量恒定 B．NO、N₂、CO₂的物质的量之比为2：1：1

C．v_正(NO)=2v_逆(CO₂) D．容器内气体密度恒定

②某温度时，向4L体积恒定的密闭容器中充入一定量N₂和CO₂发生反应：N₂(g)＋CO₂(g) $\text{[math]}$ C(s)＋2NO(g)；其中CO₂、NO物质的量随时间变化的曲线如图所示。请回答下列问题：

a.图中A点v_正v_逆(填“>”“<”或“=”)。

b.0～20min内的N₂平均反应速率v=；在此过程中，气体的平均相对分子质量 (填“增大”、“减小”或“不变”)。

c.第20min时，外界改变的条件可能是。

(2) CO可以与NO₂反应：4CO(g)＋2NO₂(g) $\text{[math]}$ N₂(g)＋4CO₂(g)，如图为该反应中CO的平衡转化率在不同压强下随温度变化的图像，根据图像分析：△H0(填“>”或“<”，下同)；p₁p₂_。

(3) 在汽车排气管上安装催化转化器可以有效降低汽车尾气中的NO和CO，反应方程式为：2CO(g)＋2NO(g) $\text{[math]}$ N₂(g)＋2CO₂(g)，若在密闭的容积不变的容器中进行该反应，起始加入的CO和NO的物质的量之比为3：2，起始压强为p，达到平衡时总压强为起始压强的85%，则该反应的化学平衡常数K_p=。(K_p为以分压表示的平衡常数，分压=总压×某物质的物质的量分数)

综合题普通

2. 反应Ⅰ可用于在国际空间站中处理二氧化碳，同时伴有副反应Ⅱ发生。

主反应Ⅰ．CO₂(g)+4H₂(g) $\text{[math]}$ CH₄(g)+2H₂O(g) △H₁=-270kJ·mol^-1

副反应Ⅱ．CO₂(g)+H₂(g) $\text{[math]}$ CO(g)+H₂O(g) △H₂

回答下列问题：

(1) 几种化学键的键能如表所示：

化学键	C—H	H—H	H—O	C=O
键能/kJ·mol^-1	413	436	463	a

则a=。

(2) 为了进一步研究上述两个反应，某小组在三个容积相同的刚性容器中，分别充入1molCO₂和4molH₂ ，在三种不同实验条件(见表)下进行两个反应，反应体系的总压强(p)随时间变化情况如图所示：

实验编号	a	b	c
温度/K	T₁	T₁	T₂
催化剂的比表面积/(m²•g^-1)	80	120	120

①T₁T₂(填“＞”“＜”或“=”)，曲线Ⅲ对应的实验编号是。

②若在曲线Ⅱ的条件下，10min达到平衡时生成1.2molH₂O，则10min内反应的平均速率v(H₂O)=kPa•min^-1 ，反应Ⅱ的平衡常数K_p=。(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数)

(3) 对于反应Ⅰ，在一定条件下存在：v_正(H₂)=k₁•c⁴(H₂)•c(CO₂)或v_逆(H₂O)=k₂•c²(H₂O)•c(CH₄)，相应的速率与温度关系如图所示。

反应Ⅰ的平衡常数K=(用含k₁ ， k₂的代数式表示)；图中A、B、C、D四个点中，能表示反应已达到平衡状态的是。

综合题普通

3. 利用制取生物柴油的副产物甘油可重整制氢，通入一定量的水蒸气，经一系列反应可获得 $\text{[math]}$ 、CO、 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 等组成气体，通过调整反应的组成和条件可提高 $\text{[math]}$ 产率。请回答：

(1) 制氢的几个主要反应如下：

反应1： $\text{[math]}$ $\text{[math]}$

反应2： $\text{[math]}$ $\text{[math]}$

反应3： $\text{[math]}$ $\text{[math]}$

反应4： $\text{[math]}$ $\text{[math]}$

①计算 $\text{[math]}$ 并判断该反应的自发性。

②温度控制不当，气相产物之间会发生积碳副反应如下：

$\text{[math]}$ $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ ；

从而影响氢气产率。若仅考虑积碳副反应，一定温度下，测得在1.0MPa恒压反应体系中组分的分压(即组分的物质的量分数×总压)。达平衡时， $\text{[math]}$ ，则平衡常数 $\text{[math]}$ 。

③生产过程中，为减小积碳对氢气产率及催化剂的影响，下列措施合适的是。

A．通入过量的氧气 B．通入适量的水蒸气 C．选择合适的催化剂 D．加压

④上述各反应达平衡时，体系中各物质的摩尔分数(物质的量分数)受温度的影响如图所示，请结合图像解释在图示温度范围内随着温度升高 $\text{[math]}$ 的摩尔分数先迅速上升后缓慢下降的原因是。

(2) 反应2的一种催化机理是生成中间体甲酸，此时甲酸在金属氧化物催化剂表面的催化机理如图所示：

若想尽可能进行路径1，则选择的氧化物M-O键结合力应较(填“强”或“弱”)；请补充完整反应的历程：(*表示吸附态)

…… $\text{[math]}$ ； $\text{[math]}$ +；； $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$

综合题普通