一种以CO2为碳源，在催化剂作用下催化加氢制备可再生能源甲醇的反应如下：反应i：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) H1=-49.1kJ•mol-1反应ii：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) H2= + 41.1kJ•mol-1

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1. 一种以CO₂为碳源，在催化剂作用下催化加氢制备可再生能源甲醇的反应如下：

反应i：CO₂(g)+3H₂(g) $\text{[math]}$ CH₃OH(g)+H₂O(g) $\text{[math]}$ H₁=-49.1kJ•mol^-1

反应ii：CO₂(g)+H₂(g) $\text{[math]}$ CO(g)+H₂O(g) $\text{[math]}$ H₂= + 41.1kJ•mol^-1

(1) 反应ii的活化能E_a(正)E_a(逆)(填“>”“<”或“=”)。

(2) 反应：CO(g)＋2H₂(g) $\text{[math]}$ CH₃OH(g) ΔH=。

(3) 在CO₂加氢制甲醇的体系中，下列说法正确的是。

a．增大初始投料比 $\text{[math]}$ ，有利于提高CO₂的转化率

b．当气体的平均摩尔质量保持不变时，说明反应体系已达平衡

c．平衡后，压缩容器体积，主反应平衡正向移动，副反应平衡不移动

d．选用合适的催化剂可提高CO₂的平衡转化率

(4) 研究合成甲醇的催化剂时，在其他条件不变仅改变催化剂种类的情况下，对反应器出口产品进行成分分析，结果如下图所示：

在以上催化剂中，该反应选择的最佳催化剂为。

(5) 若起始按 $\text{[math]}$ =3投料，测得CO₂的平衡转化率(X-CO₂)和CH₃OH的选择性(S–CH₃OH)随温度、压强的变化如图所示[已知：S–CH₃OH = $\text{[math]}$ ]

①p₁(填“>”或“<”)p₂。

②温度高于350℃后，在压强p₁和p₂下，CO₂的平衡转化率几乎交于一点的原因是。

③250℃时反应ii的压强平衡常数K_p=。

【考点】

盖斯定律及其应用; 化学平衡常数; 化学平衡移动原理; 化学平衡转化过程中的变化曲线;

【答案】

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综合题普通

1. 研究发现，含PM2.5的雾霾主要成分有： $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 及可吸入颗粒等。

(1) 为消除 $\text{[math]}$ 对环境的污染，可利用 $\text{[math]}$ 在一定条件下与NO反应生成无污染的气体。

已知： $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ kJ⋅mol $\text{[math]}$

$\text{[math]}$ $\text{[math]}$ kJ⋅mol $\text{[math]}$

①下列表示 $\text{[math]}$ 与 $\text{[math]}$ 在一定条件下反应，生成无污染气体的能量转化关系示意图，正确的是。

②下图是反应 $\text{[math]}$ 过程中 $\text{[math]}$ 的体积分数随X变化的示意图，X代表的物理量可能是，理由是。

(2) 目前，消除氮氧化物污染有多种方法。用活性炭还原法处理氮氧化物，有关反应为：

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

某研究小组向某密闭容积固定的容器中加入一定量的活性炭和NO，恒温( $\text{[math]}$ ℃)条件下反应，反应进行到不同时刻测得各物质的浓度如下表所示：

时间/min	NO/mol·L $\text{[math]}$	$\text{[math]}$ /mol·L $\text{[math]}$	$\text{[math]}$ /mol·L $\text{[math]}$
0	0.100	0	0
10	0.058	0.021	0.021
20	0.040	0.030	0.030
30	0.040	0.030	0.030
40	0.032	0.034	0.017
50	0.032	0.034	0.017

① $\text{[math]}$ ℃时，该反应的平衡常数 $\text{[math]}$ 。(写数值即可，保留到小数点后两位)。

②30min后，改变某一条件，反应重新达到平衡，则改变的条件可能是。

③若升高温度至 $\text{[math]}$ ℃(其他条件不变)，达到平衡时，容器中NO、 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 的浓度之比为5∶3∶3，则该反应的 $\text{[math]}$ 0(填“>”、“<”或“=”)。

④下列措施不能提高该反应中NO转化率的是

a．增加活性炭用量 b．升高温度 c．增大压强 d．移出产物 $\text{[math]}$

综合题普通

2. CO₂催化加氢制甲醇 $\text{[math]}$ 是实现碳达峰、碳中和的途径之一。

(1) 该反应一般认为通过如下步骤来实现：

① $\text{[math]}$

② $\text{[math]}$

请写出 $\text{[math]}$ 加氢制 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 的热化学方程式。

(2) 原料气 $\text{[math]}$ 可通过反应 $\text{[math]}$ 获取，已知该反应中，初始混合气中的 $\text{[math]}$ 恒定时，温度、压强对平衡混合气中CH₄含量的影响如图所示：

①图中压强的关系是p₁p₂ (填“<”“>”或“=”)。

②该反应为反应(填“吸热”或“放热”)。

(3) 一定条件下，向体积为1L的恒容密闭容器中通入 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 发生反应生成甲醇，每次反应10分钟，测得CO₂转化率随温度变化关系如图所示。

①CO₂催化加氢制甲醇的平衡常数表达式K=。

②若密闭容器为绝热刚性容器，下列事实不能够说明反应已达到平衡的是。

A．混合气体的密度不再改变

B．混合气体的平均相对分子质量保持不变

C．当有 $\text{[math]}$ 断裂的同时有 $\text{[math]}$ 键断裂

D．CO₂和 $\text{[math]}$ 的体积分数相等

E．混合气体的浓度商Q不再改变

③已知A点为平衡状态，此时体系压强为p，求260℃该反应的平衡常数Kp=(用“平衡气体分压代替平衡浓度计算Kp，气体分压 $\text{[math]}$ 气体总压 $\text{[math]}$ 体积分数)， $\text{[math]}$ 时，CO₂的转化率随温度升高逐渐增大的原因是。

综合题困难

3. 二氧化碳的回收利用是环保和能源领域研究的热点课题，回答下列问题：

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

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

(1) 常温下，用氨水吸收 $\text{[math]}$ 可获得 $\text{[math]}$ 溶液。

①该反应的化学方程式为。

②反应 $\text{[math]}$ 的平衡常数表达式为 $\text{[math]}$ 。

(2) 反应iii． $\text{[math]}$ ，则 $\text{[math]}$ ( (用含 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 的代数式表示)， $\text{[math]}$ (用含 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 的代数式表示)。

(3) 一定条件下，在 $\text{[math]}$ 恒容密闭容器中充入 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ ，发生主反应 $\text{[math]}$ 和副反应 $\text{[math]}$ 。测得温度对 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 平衡产率的影响如下图所示。

① $\text{[math]}$ (填“>”或“＜”)0。

②反应达到平衡后，保持温度和体积不变，向密闭容器中充入少量的稀有气体，则 $\text{[math]}$ (填“增大”“减小”或“不变”)，副反应的化学平衡(填“向正反应方向”“向逆反应方向”或“不”)移动。

③ $\text{[math]}$ 时，反应达到平衡，此时测得 $\text{[math]}$ 的物质的量为 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 的物质的量为 $\text{[math]}$ ，则副反应的 $\text{[math]}$ 。

综合题普通