研究含碳、氮、硫的化合物对能源、环保及材料发展等方面有着重要意义。

1. 研究含碳、氮、硫的化合物对能源、环保及材料发展等方面有着重要意义。

(1) 已知下列热化学方程式：

i． $\text{[math]}$ $\text{[math]}$

ii． $\text{[math]}$ $\text{[math]}$

又已知在相同条件下，反应 $\text{[math]}$ 的正反应的活化能E_a(正)为akJ⋅mol^﹣¹ ，则其逆反应的活化能E_b(逆)为kJ⋅mol^﹣¹(用含a的代数式表示)。

(2) 将含有大量CO₂的空气吹入K₂CO₃溶液中，再把CO₂从溶液中提取出来，并使之与H₂在催化剂作用下生成可再生能源甲醇，相关反应如下：

反应Ⅰ. $\text{[math]}$ $\text{[math]}$

反应Ⅱ. $\text{[math]}$ $\text{[math]}$

①现使用一种催化剂(CZZA/rGO)，按n(CO₂)：n(H₂)=1：3(总量为amol)投料于恒容密闭容器中进行反应，CO₂的平衡转化率和甲醇的选择率(甲醇的选择率为转化的CO₂中生成甲醇的物质的量分数)随温度的变化趋势如图(忽略温度对催化剂的影响)。在513K达平衡时，反应体系内甲醇的物质的量为mol(列出计算式)；随着温度的升高，CO₂的平衡转化率增加，但甲醇的选择率降低，请分析其原因：。

②将1.0molCO₂和3.0molH₂充入2L恒容密闭容器中，使其仅按反应Ⅰ进行，在不同催化剂作用下，相同时间内CO₂的转化率随温度变化如图所示。

下列说法错误的是(填字母)。

A．根据图中曲线分析，催化剂Ⅰ的催化效果最好

B．b点v_正可能等于v_逆

C．a点转化率比c点高，可能的原因是该反应为放热反应，升温平衡逆向移动，转化率降低

D．CO₂与H₂浓度比保持1：3不再变化，说明该反应已达平衡状态

③若将密闭容器恒定为1L，温度为180℃，起始时充入2.0molCO₂和2.0molH₂ ，使其仅按反应Ⅱ进行。已知：反应速率 $\text{[math]}$ ， CO₂平衡转化率为60%。该温度下，k_正与k_逆的比值为(保留两位有效数字)。

(3) 已知反应 $\text{[math]}$ 能自发进行，反向不能自发进行，通过电解可以实现由H₂O和O₂为原料制备H₂O₂ ，如图为制备装置示意图。

①通电后，电极b附近溶液pH(填“增大”或“减小”)。

②a极的电极反应式是。

【考点】

化学平衡常数; 电解原理; 电解池工作原理及应用;

【答案】

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综合题困难

1. 我国在第75届联合国大会上正式提出了2030年实现碳达峰、2060年实现碳中和的目标，所以研发利用二氧化碳技术，降低空气中二氧化碳含量成为重要的任务。 $\text{[math]}$ 甲烷化反应最早由化学家PaulSabatier提出。已知：

反应Ⅰ： $\text{[math]}$ $\text{[math]}$

反应Ⅱ： $\text{[math]}$ $\text{[math]}$

(1) $\text{[math]}$ 甲烷化反应 $\text{[math]}$ 的 $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ ，为了提高 $\text{[math]}$ 的平衡转化率可采取的措施有、（任写两条）。

(2) 利于反应Ⅱ自发进行的条件是（填“高温”或“低温”）；若反应Ⅱ在恒容绝热的密闭容器中发生，下列情况下反应一定达到平衡状态的是。

A.容器内的压强不再改变 B.容器内气体密度不再改变

C.容器内 $\text{[math]}$ D.容器内温度不变

(3) 反应Ⅰ： $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ ，已知反应的 $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$ （ $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 为速率常数，与温度等有关），若平衡后升高温度，则 $\text{[math]}$ （填“增大”“不变”或“减小”）。

(4) 催化剂的选择是 $\text{[math]}$ 甲烷化技术的核心。在两种不同催化剂条件下反应相同时间，测得 $\text{[math]}$ 转化率随温度变化的影响如图所示，高于320℃后，以 $\text{[math]}$ 为催化剂， $\text{[math]}$ 转化率略有下降，其可能的原因是。

(5) 在某催化剂表面： $\text{[math]}$ 利用该反应可减少 $\text{[math]}$ 排放，并合成清洁能源。一定条件下，在一密闭容器中充入1mol $\text{[math]}$ 和3mol $\text{[math]}$ 发生反应，下图表示压强为 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 下 $\text{[math]}$ 的平衡转化率随温度的变化关系：

其中表示压强为 $\text{[math]}$ 下 $\text{[math]}$ 的平衡转化率随温度的变化曲线为（填“①”或“②”）；b点对应的平衡常数 $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ （ $\text{[math]}$ 为以平衡分压代替平衡浓度表示的平衡常数，分压＝总压×物质的量分数）。

综合题困难

2. 苯乙烯是重要的基础有机化工原料。工业中以乙苯催化脱氢来制取苯乙烯：

(g)+H₂(g) $\text{[math]}$ =+117.6kJ/mol。已知：上述反应的速率方程为v_正=K_正P_乙苯， v_逆=K_逆P_苯乙烯P_氢气，其中K_正、K_逆分别为正、逆反应速率常数，P为各组分分压。回答下列问题：

(1) 同时增大乙苯的反应速率和平衡转化率所采取的措施是。

(2) 往反应釜中同时通入乙苯和水蒸气，加入水蒸气稀释剂能提高乙苯转化率的原因是。

(3) 实验测得容器总压p(总)和乙苯转化率a随时间变化结果如图所示：

①平衡时，p(H₂O)=kPa，平衡常数K_p=kPa(用平衡分压代替平衡浓度计算)。

②a处的 $\text{[math]}$ =。

(4) 在CO₂气氛下，乙苯可催化脱氢制苯乙烯，其过程同时存在如图两种途径：

①a=。

②与掺水蒸气工艺相比，该工艺中还能够发生反应：CO₂(g)+H₂(g)=CO(g)+H₂O(g)、CO₂(g)+C(s)=2CO(g)。新工艺的特点有 (填标号)。

a．CO₂与H₂反应，使乙苯脱氢反应的化学平衡右移

b．不用高温水蒸气，可降低能量消耗

C．有利于减少生产过程中可能产生的积炭

d．CO₂在反应体系中作催化剂

综合题困难

3. 二甲醚 $\text{[math]}$ 是一种重要的燃料和化工原料。回答下列问题：

(1) 工业上一种合成二甲醚的反应如下：

反应I： $\text{[math]}$ $\text{[math]}$

反应Ⅱ： $\text{[math]}$ $\text{[math]}$

反应Ⅲ： $\text{[math]}$ $\text{[math]}$

则反应Ⅱ的 $\text{[math]}$ 。

(2) 反应I在起始时， $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$ ，在不同条件下达到平衡，设平衡体系中甲醇的物质的量分数为x(CH₃OH)，在T=250℃下的x(CH₃OH)~p的曲线以及在 $\text{[math]}$ 下的x(CH₃OH)~T的曲线如图所示。

①图中对应 $\text{[math]}$ 下的x(CH₃OH)~T的曲线是(填“a”或“b”)，图中的点对应一种反应状态，其中平衡时状态完全相同的点是(填“B与E”或“C与D”)。

②当CO₂的平衡转化率为 $\text{[math]}$ 时(假设只发生反应I)， $\text{[math]}$ ，反应条件可能为或。

(3) 向2L恒容密闭容器中通入2molCO₂和6molH₂ ，一定温度下发生反应Ⅲ，起始总压强为p₀kPa，反应达到平衡时测得CH₃OCH₃的物质的量分数为 $\text{[math]}$ ，该温度下反应达到平衡时的总压强为kPa，反应的平衡常数 $\text{[math]}$ (kPa)^-4(写出含p₀的表达式即可，用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数)。

综合题普通