研究CO2资源的综合利用，对实现“碳达峰”和“碳中和”有重要意义。

1. 研究CO₂资源的综合利用，对实现“碳达峰”和“碳中和”有重要意义。

(1) 已知：

Ⅰ． $\text{[math]}$ $\text{[math]}$

Ⅱ． $\text{[math]}$ $\text{[math]}$

Ⅲ． $\text{[math]}$ $\text{[math]}$

① $\text{[math]}$ $\text{[math]}$

②一定条件下，向体积为2L的恒容密闭容器中通入1molCO₂和3molH₂ ，发生上述反应，达到平衡时，容器中CH₃OH(g)的物质的量为0.5mol；CO的物质的量为0.3mol；此时H₂O(g)的浓度为mol·L^-1。

(2) CO₂在Cu—ZnO催化下，同时发生反应Ⅰ、Ⅲ；此方法是解决温室效应和能源短缺问题的重要手段。保持温度T时，在容积不变的密闭容器中，充入一定量的CO₂及H₂；起始及达到平衡时(t min时恰好达到平衡)；容器内各气体物质的量及总压强如下表：

	物质的量/mol					总压强/kPa
	CO₂	H₂	CH₃OH(g)	CO	H₂O(g)	总压强/kPa
起始	0.5	0.9	0	0	0	p₀
平衡			n		0.3	p

若反应Ⅰ、Ⅲ均达到平衡时，p₀=1.4p；则表中n=；0～t min内，CO₂的分压变化率为kPa·min^-¹；反应Ⅰ的平衡常数K_p=(kPa)^-2(用含p的式子表示)。

(3) CO₂催化加氢制甲烷涉及的反应主要有：

主反应： $\text{[math]}$ $\text{[math]}$

副反应： $\text{[math]}$ $\text{[math]}$

若将CO₂和H₂按体积比为1∶4混合(n_总=5mol)；匀速通入装有催化剂的反应容器中，发生反应(包括主反应和副反应)。反应相同时间，CO₂转化率、CH₄和CO选择性随温度变化的曲线分别如图所示。

①a点的正反应速率和逆反应速率的大小关系为v_正(a)(填“>”、“=”或“<”)v_逆(a)。

②催化剂在较低温度时主要选择(填“主反应”或“副反应”)。

③350～400℃；CO₂转化率呈现减小的变化趋势，其原因是。

【考点】

化学反应速率与化学平衡的综合应用;

【答案】

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综合题困难

1. 低碳烯烃(乙烯、丙烯、丁烯等)作为重要的基本化工原料，在现代石油和化学工业中具有举足轻重的作用。研究其合成方法受到科学家的青睐。回答下列问题：

(1) 乙烷直接脱氢制乙烯法

298K时，乙烷的裂解反应历程如图所示：

①图中基元反应b(填“是”或“不是”)该反应的决速步骤。

已知：乙烷的燃烧热 $\text{[math]}$ kJ⋅mol $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$ 的燃烧热 $\text{[math]}$ kJ⋅mol $\text{[math]}$ ，计算乙烯的燃烧热 $\text{[math]}$ 。

②对于该反应，一定温度下，当总压恒定为100kPa，往甲密闭容器中通入amol $\text{[math]}$ ，往乙密闭容器中通入amol $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 的混合气体( $\text{[math]}$ 不参与反应)，达到平衡时， $\text{[math]}$ 的转化率：甲乙(填“>”“=”或“<”)。

③在乙烷裂解制乙烯的过程中，可能发生多个反应，反应的平衡常数对数值( $\text{[math]}$ )与温度的倒数( $\text{[math]}$ )的关系如图所示。工业上一般选择温度在1000K左右的可能原因是。

(2) 一定条件下，碘甲烷( $\text{[math]}$ )热裂解制低碳烯烃的主要反应有：

反应ⅰ： $\text{[math]}$ 　 $\text{[math]}$

反应ⅱ： $\text{[math]}$ 　 $\text{[math]}$

反应ⅲ： $\text{[math]}$ 　 $\text{[math]}$

①结合题给信息，请推测有利于提高乙烯产率的措施有(至少答两点)。

②其他条件不变，起始压强为0.1aMPa，向容积为1L的恒容密闭容器中投入1mol $\text{[math]}$ ，只发生反应ⅰ、ⅱ、ⅲ，反应温度对平衡体系中乙烯、丙烯和丁烯所占气体组分物质的量分数的影响如图26所示。当混合气体的平均摩尔质量不再发生变化时，(填“能”或“不能”)说明该体系达到平衡状态。715K条件下，平衡时反应ⅰ的压强平衡常数 $\text{[math]}$ MPa．

综合题困难

2. 某研究小组探究饮用水中铁锰的来源和去除原理。

I.铁锰来源

某地区地下水铁锰含量和国家标准对比

某些地区地下水常见微粒含量(mg/L)				国家饮用水标准(mg/L)
Fe²⁺	Mn²⁺	HCO $\text{[math]}$	CO₂	Fe²⁺	Mn²⁺	pH
4～20	0.4～3	1～1.5	30～70	0.3	0.1	6.5～8.5

（1）利用FeCO₃溶解度计算溶出的Fe²⁺为1.1mg/L，依据上表数据，结合平衡移动原理，解释地下水中Fe²⁺含量远大于1.1mg/L的原因。

II.去除原理

（2）自然氧化法：

①曝气池中使水呈“沸腾”状的作用。

②补全曝气池中氧化Fe²⁺时发生反应的离子方程式：

Fe²⁺+O₂+H₂O=Fe(OH)₃+。

此方法铁去除时间长，锰去除率低。

（3）药剂氧化法：工业上可以采用强氧化剂(ClO₂、液氯、双氧水等)，直接氧化Fe²⁺、Mn²⁺生成Fe(OH)₃和MnO₂除去。某实验中pH=6.5时，Fe²⁺、Mn²⁺浓度随ClO₂投加量的变化曲线如图：

①ClO₂投加量小于1.2mg/L时，可以得出Fe²⁺、Mn²⁺性质差异的结论是。

②分析图中数据ClO₂氧化Mn²⁺是可逆反应。写出反应的离子方程式。

③写出两种提高锰去除率的方法。

综合题普通

3. 随着我国碳达峰、碳中和目标的确定，二氧化碳资源化利用倍受关注。以 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 为原料合成尿素 $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ 。合成尿素反应分两步完成，其能量变化如下图所示：

(1) 第一步： $\text{[math]}$ $\text{[math]}$

第二步： $\text{[math]}$ $\text{[math]}$

①图中 $\text{[math]}$ kJ/mol。(用 $\text{[math]}$ 或 $\text{[math]}$ 代数表达式)

②反应速率较快的是反应(填“第一步”或“第二步”)，原因是。

③能加快正反应速率且能提高 $\text{[math]}$ 平衡转化率的措施是(填序号)

A．高温 B．降低 $\text{[math]}$ 浓度 C．高压 D．分离出尿素 E．催化剂

(2) 在恒容密闭容器中通入物质的量均为0.2mol 的 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ ，在一定条件下发生反应 $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$ 的平衡转化率随温度、压强的变化关系如图所示。

①若反应在恒温、恒容密闭容器中进行，下列叙述能说明反应到达平衡状态的是(填序号)。

A． $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 的物质的量之比保持不变时 B．CO和 $\text{[math]}$ 的浓度相等时

C．反应速率： $\text{[math]}$ D．同时断裂1mol C-H键和2mol H-H键

②由图乙可知，压强 $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ (填“>”“<”或“=”，下同)；Y点速率 $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ 。

③将上述反应放在恒温恒容密闭容器中反应，测得起始压强为 $\text{[math]}$ ，反应后甲烷转换率为50%。已知气体分压=气体总压×气体的物质的量分数，用平衡分压代替平衡浓度可以得到平衡常数 $\text{[math]}$ ，则X点对应温度下的 $\text{[math]}$ (用含 $\text{[math]}$ 的代数式表示)。

综合题普通

催化剂	t=350℃		t=400℃
催化剂	$\text{[math]}$	$\text{[math]}$	$\text{[math]}$	$\text{[math]}$
催化剂Ⅰ	10.8	12722	345.2	42780
催化剂Ⅱ	9.2	10775	34	38932