的捕集与转化是“碳达峰、碳中和”的有效途径，利用和制备合成气的原理如下：① ② 在恒压为，起始时条件下，和的平衡转化率与温度关系如下图所示。回答下列问题：

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1. $\text{[math]}$ 的捕集与转化是“碳达峰、碳中和”的有效途径，利用 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 制备合成气的原理如下：

① $\text{[math]}$ $\text{[math]}$

② $\text{[math]}$ $\text{[math]}$

在恒压为 $\text{[math]}$ ，起始时 $\text{[math]}$ 条件下， $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 的平衡转化率与温度关系如下图所示。

回答下列问题：

(1) 曲线乙代表(填化学式)的平衡转化率与温度关系，判断依据是。

(2) 反应①正反应在(填字母)条件下能自发进行。

A．较低温度 B．较高温度 C．任意温度

(3) 根据图中信息，随着温度升高，体系中 $\text{[math]}$ 物质的量变化趋向是(填字母)，理由是。

A．一直增大 B．一直减小 C．先增大，后减小 D．先减小，后增大

(4) 若在反应器中充入 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 仅发生反应①制备合成气体CO、 $\text{[math]}$ ，则下列措施能提高合成气平衡产率的是(填字母)。

A．升高温度 B．加入催化剂 C．增大压强

(5) 800K时，反应开始经过 $\text{[math]}$ 达到平衡状态，CO的体积分数为。此温度下，用平衡分压计算反应①的压强平衡常数 $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ 。(已知： $\text{[math]}$ 是用各气体物质的分压代替浓度来计算的平衡常数， $\text{[math]}$ )

【考点】

焓变和熵变; 化学平衡常数; 化学平衡转化过程中的变化曲线;

【答案】

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综合题困难

黄铁矿(主要成分为二硫化亚铁 $\text{[math]}$ )是重要的含硫矿物，常用于生产硫酸或硫磺。

I．《天工开物》中记载，将黄铁矿、木炭和适量空气混合加热可得硫磺，反应如下：

反应i： $\text{[math]}$ $\text{[math]}$

（1）该反应自发进行的条件为___________。

（2）对于此反应的说法正确的是___________。

A. 加热的作用主要是使硫单质以气态存在

B. 加入木炭，可与 $\text{[math]}$ 反应供能

C. 为保持足够的反应温度，需鼓入过量空气

D. 此反应条件下， $\text{[math]}$ 稳定性高于 $\text{[math]}$

Ⅱ．反应i所得气体经冷凝回收 $\text{[math]}$ 后，尾气中还含有CO和 $\text{[math]}$ 。将尾气通过催化剂进行处理，发生反应ii，同时发生副反应iii。

反应ii： $\text{[math]}$ $\text{[math]}$

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

理论分析及实验结果表明，600～1000K范围内， $\text{[math]}$ 平衡转化率接近 $\text{[math]}$ 。其他条件相同，不同温度下， $\text{[math]}$ 、COS平衡产率和10min时 $\text{[math]}$ 产率如图。

（3）10min时， $\text{[math]}$ 的产率高于平衡产率，说明反应ii的活化能________(填“>”或“<”)反应iii。

（4）600～1000K范围内，温度升高， $\text{[math]}$ 的平衡产率增大，分析其原因。________。

（5）1000K下， $\text{[math]}$ 的产率在10min达最大值，在下图中画出 $\text{[math]}$ 产率在0-40min内随时间变化的曲线________。

Ⅲ．将一定量硫蒸气冷却至473K，发生反应 $\text{[math]}$ ，达到平衡时， $\text{[math]}$ 的分压 $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$ 的分压 $\text{[math]}$ 。

（6）该反应在473K时的平衡常数(用各物质的分压表示)为________。

综合题普通

2. 为了有效减少碳排放，我们可利用CO₂制备“合成气”(CO、H₂)、甲醇、二甲醚等产品，进行资源化应用，利用CO₂合成二甲醚有两种工艺。

工艺一：涉及以下主要反应：

Ⅰ.甲醇的合成：CO₂(g)＋3H₂(g)⇌CH₃OH(g)＋H₂O(g) ∆H₁<0；

Ⅱ.逆水汽变换：CO₂(g)＋H₂(g)⇌CO(g)＋H₂O(g) ∆H₂>0；

Ⅲ.甲醇脱水：2CH₃OH(g)⇌CH₃OCH₃(g)＋H₂O(g) ∆H₃>0。

工艺二：利用CO₂直接加氢合成CH₃OCH₃(反应Ⅳ)。

(1) ①反应Ⅳ的热化学方程式：2CO₂(g)＋6H₂(g)⇌CH₃OCH₃(g)＋3H₂O(g) ∆H₄=。(用上述反应的∆H表示)。

②恒温恒容条件下，下列说法能判断反应Ⅳ达到平衡的是(填字母)。

A．气体物质中碳元素与氧元素的质量比不变

B．容器内压强不变

C．容器内气体密度不变

D．混合气体的平均摩尔质量不变

(2) 工艺一需先合成甲醇。在不同压强下，按照n(CO₂)：n(H₂)=1：3投料合成甲醇，实验测定CH₃OH的平衡产率随温度的变化关系如甲图所示，CO₂的平衡转化率随温度的变化关系如乙图所示。

①下列说法正确的是。

A．P₁>P₂>P₃

B．为了同时提高CO₂的平衡转化率和CH₃OH的平衡产率，应选择低温、高压条件

C．一定温度、压强下，提高CO₂的平衡转化率的主要方向是寻找活性更高的催化剂

②图乙中，某温度时，三条曲线几乎交于一点的原因是。

(3) 对于反应CO₂(g)＋H₂(g)⇌CO(g)＋H₂O(g) ∆H₂>0，反应速率υ=υ正—υ逆=k正p(CO₂)p(H₂)—k逆p(CO)p(H₂O)，其中k正、k逆分别为正、逆反应速率常数，p为气体的分压(分压=总压×物质的量分数)。

①升高温度，k正—k逆(填“增大”“减小”或“不变”)。

②在T₁、刚性容器条件下，按照n(CO₂)：n(H₂)=1：1投料，Kc= $\text{[math]}$ ，反应达到平衡时CO₂转化率为。

③在T₂、101kPa条件下，按照n(CO₂)：n(H₂)=1：1投料，CO₂转化率为20％时， $\text{[math]}$ = $\text{[math]}$ ，用气体分压表示的平衡常数Kp=。

(4) 利用电化学装置可实现将 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 两种分子转化为常见化工原料，瑞典ASES公司设计的曾用于驱动潜艇的液氨—液氧燃料电池示意图如图所示：

①电极1发生的电极反应为

②电池工作一段时间后停止，溶液pH值(变大，变小，不变)。

综合题普通

3. 合理利用温室气体是当前能源与环境研究的热点。 $\text{[math]}$ 催化加氢可缓解 $\text{[math]}$ 对温室效应的影响，其原理为：

反应Ⅰ： $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ kJ⋅mol^-1

反应Ⅱ： $\text{[math]}$ $\text{[math]}$

(1) 反应Ⅰ的 $\text{[math]}$ 0(填“>”、“<”或“=”)，说明理由。

(2) 反应Ⅰ中， $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$ ，其中 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 分别为正、逆反应速率， $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 分别为正、逆反应速率常数， $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 仅受温度影响。请在下图中画出 $\text{[math]}$ 随T的变化斜线。( $\text{[math]}$ ， T表示温度)

(3) 在0.1MPa下，将1mol $\text{[math]}$ 和4mol $\text{[math]}$ 充入2L刚性密闭容器中，假设只发生反应Ⅰ，当CO平衡产率为40%时，此时总压为P，计算该温度下反应Ⅰ的平衡常数 $\text{[math]}$ 。(计算结果用分数表示)

(4) 某实验室控制 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 初始投料比为1∶2.2，经过相同时间测得如下四组实验数据：

反应序号	T/K	催化剂	$\text{[math]}$ 转化率/%	甲醇选择性/%
①	543	Cu/ZnO纳米棒	12.3	42.3
②	543	Cu/ZnO纳米片	10.9	72.7
③	553	Cu/ZnO纳米棒	15.3	39.1
④	553	Cu/ZnO纳米片	12.0	71.6

结合实验数据，选择Cu/ZnO(填“纳米棒”或“纳米片”)更有利于提高甲醇产率。

(5) 下图为 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 在某催化剂M表面发生反应Ⅱ得到单分子甲醇的反应历程(*表示吸附态)， $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ kJ⋅mol^-1(“eV”表示电子伏特，指一个电子的电位差加速后所获得的动能，leV $\text{[math]}$ J， $\text{[math]}$ mol^-1)。

(6) 对于反应Ⅱ，下列说法正确的是___________。 A. 低温、高压有利于提高 $\text{[math]}$ 转化为甲醇的平衡转化率 B. 增大 $\text{[math]}$ 与 $\text{[math]}$ 的初始投料比，有利于提高 $\text{[math]}$ 转化为甲醇的平衡转化率 C. 使用催化剂M生成甲醇的反应历程中， $\text{[math]}$ 是该反应的决速步 D. 及时分离出水可加快上述反应的反应速率

综合题普通