利用合成甲醇是实现“碳中和”的重要途径之一，加氢制甲醇的主要反应为：① ②

1. 利用 $\text{[math]}$ 合成甲醇是实现“碳中和”的重要途径之一， $\text{[math]}$ 加氢制甲醇的主要反应为：

① $\text{[math]}$ $\text{[math]}$

② $\text{[math]}$ $\text{[math]}$

(1) 反应①的 $\text{[math]}$ (填“大于”“小于”或“等于”)0，理由是。

(2) 200℃下，在恒温恒容容器中通入一定量的 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ ，反应①达到平衡的标志为___________。 A. $\text{[math]}$ B. 混合气体的密度不再改变 C. $\text{[math]}$ 不再变化 D. 容器中气体的平均摩尔质量不再变化

(3) 200℃， $\text{[math]}$ 下，将一定比例 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 混合气体通入装有催化剂的绝热反应管。装置中 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ ……位点处(相邻位点距离相同)的气体温度、CO和 $\text{[math]}$ 的体积分数如图所示。

$\text{[math]}$ 至 $\text{[math]}$ 位点处CO的体积分数逐渐升高， $\text{[math]}$ 位点后CO的体积分数几乎保持不变，请说明理由：。

(4) 某研究小组自制甲醇燃料电池，电解质是KOH溶液，负极反应式是。该电池以3.2A恒定电流工作48分钟，消耗 $\text{[math]}$ 0.64g，该电池化学能转化为电能的转化率为。[电荷量 $\text{[math]}$ 电流 $\text{[math]}$ 时间 $\text{[math]}$ ； $\text{[math]}$ ； $\text{[math]}$ ]

【考点】

电极反应和电池反应方程式; 焓变和熵变; 化学平衡状态的判断; 原电池工作原理及应用;

【答案】

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综合题困难

1. 甲烷是一种重要的化工原料，广泛应用于工业中。回答下列问题：

(1) 甲烷在工业上可用于制备合成气： $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ ，在某密闭容器中通入 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ ，在不同条件下发生反应。测得平衡时 $\text{[math]}$ 的体积分数与温度、压强的关系如图所示。

① $\text{[math]}$ (填“<”“>”或“=”下同) $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$ 0。

②m、n、q三点的化学平衡常数大小关系为。

③q点甲烷的转化率为。

(2) 甲烷在一定条件下脱氢可生成乙烯，其反应如下： $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ 。 $\text{[math]}$ 温度下，在体积为 $\text{[math]}$ 的刚性密闭容器中充入 $\text{[math]}$ 甲烷进行上述反应，容器内的总压强 $\text{[math]}$ 随时间 $\text{[math]}$ 的变化如下表所示：

反应时间/min	0	2	4	6	8	10	12
总压强 $\text{[math]}$	10.0	11.5	12.3	13.0	13.6	14.0	14.0

①下列有关说法正确的是。

A．当混合气的密度不变时，表明该反应已达到平衡状态

B．反应进行到第10分钟时刚好达到平衡

C．升温既可提高反应速率也能提高甲烷的转化率

D．使用适当的催化剂既可提高反应速率也能提高甲烷的转化率

E．该反应在较高温度下可自发进行

②实验测得 $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$ ，其中 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 为速率常数，仅与温度有关， $\text{[math]}$ 温度时， $\text{[math]}$ (填数值)。

(3) 科研人员设计了甲烷燃料电池电解饱和食盐水装置如图所示，电池的电解质是掺杂了 $\text{[math]}$ 与 $\text{[math]}$ 的固体，可在高温下传导 $\text{[math]}$ 。

该电池工作时负极反应方程式为。

综合题普通

2. 碳基能源的大量消耗使大气中CO₂的浓度持续不断地增大，造成的温室效应得到了世界各国的广泛重视。CO₂甲烷化是有效利用二氧化碳资源的途径之一，是减少CO₂的一种比较有效的实际方法，在环境保护方面显示出较大潜力。CO₂甲烷化过程涉及的化学反应如下：

①CO₂甲烷化反应：CO₂(g) +4H₂(g) $\text{[math]}$ CH₄(g) +2H₂O(g) $\text{[math]}$ H=-165 kJ·mol^-1

②逆水煤气变换反应：CO₂(g) + H₂(g) $\text{[math]}$ CO(g) + H₂O(g) $\text{[math]}$ H=+41.1 kJ·mol^-1

(1) 写出CO甲烷化反应的热化学方程式：。

(2) 图甲是温度和压强对CO₂平衡转化率影响的关系图。随温度的升高，CO₂的转化率先减小后增大的原因是，该实验条件下的压强有0.1MPa、3.0MPa、10.0MPa，图中a点压强为MPa。

(3) 图乙是反应条件对CO₂甲烷化反应中CH₄选择性影响的关系图。工业上一般选用的温度为400℃，则压强应选用MPa，原因是。

(4) 450℃时，若在体积为1 L的恒容密闭容器中加入1 mol CO₂和4 mol H₂混合原料气只发生反应：CO₂(g)+4H₂(g) $\text{[math]}$ CH₄(g)+2H₂O(g) ΔH=-165 kJ·mol^-1。平衡时CO₂的转化率为75%，则该温度下此反应的平衡常数K=。

(5) 废气中的CO₂可转化为甲醚(CH₃OCH₃) ，甲醚可用于制作甲醚燃料电池(如图丙)，质子交换膜左右两侧溶液均为6 mol·L^-1的H₂SO₄溶液。则电极d为(填“正”或“负”)极，电极c上发生的电极反应为。

综合题普通

CCUS(Carbon Capture，Utilizaion and Storage)碳捕获、利用与封存技术能实现二氧化碳资源化，产生经济效益。

I .捕获的高浓度CO₂能与CH₄制备合成气(CO、H₂)

（1）科学家提出制备“合成气”反应历程分两步进行，能量变化如图所示：。

反应①：CH₄(g) $\text{[math]}$ C(s)+2H₂(g)

反应②：C(s)+CO₂(g) $\text{[math]}$ 2CO(g)

结合图象写出CH₄与CO₂制备“合成气”的热化学方程式：。决定该反应快慢的是分步反应中的反应(填序号)，判断理由是。(已知：b-a>e-d)

II.二氧化碳可与乙烷合成低碳烯烃

（2）T℃时在2 L密闭容器中通入2 mol C₂H₆和2 mol CO₂混合气体，发生反应C₂H₆(g)+CO₂(g) $\text{[math]}$ C₂H₄(g)+H₂O(g)+CO(g)，初始压强为mPa，反应进行到100 min时达到平衡，平衡时C₂H₄的体积分数为20%。则0到100min内C₂H₆的平均反应速率为Pa/min，该温度下的平衡常数K_p= (分压=总压×物质的量分数)。

III.二氧化碳可与氢气合成低碳烯烃

（3）2CO₂(g)+6H₂(g) $\text{[math]}$ CH₂=CH₂(g)+4H₂O(g) ∆H，在恒容密闭容器中加入CO₂的量恒定，反应温度、投料比[ $\text{[math]}$ =x ]对CO₂平衡转化率的影响如图所示。a 3(填“>”“<”或“=”)；M、N两点的反应速率v_正(M) v_逆 (N)(填“>“<”或“=”)； M、N两点的反应平衡常数K_MK_N(填“>”“<”或“=”)，

IV.电催化还原CO₂制乙烯

（4）用如图装置模拟科学家在碱性环境中电催化还原CO₂制乙烯(X、Y均为新型电极材料，可减少CO₂和碱发生副反应)，X极上的电极反应式为。

综合题普通