催化氢化是实现碳中和的重要途径之一，其反应原理如下：Ⅰ． Ⅱ．回答下列问题：

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1. $\text{[math]}$ 催化氢化是实现碳中和的重要途径之一，其反应原理如下：

Ⅰ． $\text{[math]}$ $\text{[math]}$

Ⅱ． $\text{[math]}$ $\text{[math]}$

回答下列问题：

(1) 反应 $\text{[math]}$ 的 $\text{[math]}$ 。

(2) 在恒温恒容密闭容器中通入一定量的 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 发生反应，下列事实能说明容器内反应达到平衡状态的是(填标号)。

a．混合气体的压强不再发生变化 b．反应Ⅱ的化学平衡常数不再变化

c． $\text{[math]}$ 与 $\text{[math]}$ 的浓度之比为 $\text{[math]}$ d． $\text{[math]}$ 的体积分数不再发生变化

(3) 在某容器中进行反应Ⅰ和反应Ⅱ， $\text{[math]}$ 的平衡转化率与温度、压强的关系如图所示。其中X表示的物理量为(填“温度”或“压强”)； $\text{[math]}$ (填“>”或“<”) $\text{[math]}$ ，理由是。

(4) 一定温度下，向容积为 $\text{[math]}$ 的恒容密闭容器中充入 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 发生反应Ⅰ和反应Ⅱ，平衡时， $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 的物质的量分别为 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 。

①能增大反应Ⅰ平衡常数的措施为；不影响平衡状态，但可缩短达到平衡时间的措施为。

②该温度下反应Ⅱ的平衡常数 $\text{[math]}$ 。

【考点】

盖斯定律及其应用;

【答案】

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综合题困难

1. 甲酸是重要化工原料，在新能源领域应用潜力大，对环保和可持续发展也很重要。

(1) 根据以下信息，写出甲酸分解制氢的热化学方程式：。

已知： $\text{[math]}$ $\text{[math]}$

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

(2) 甲烷与 $\text{[math]}$ 定向转化制甲酸等物质的反应历程和能垒变化如图所示(部分自由基未画出)。有催化剂时，微粒吸附在催化剂表面进行反应。

①下列说法不正确的是。

A．甲烷定向制甲酸的反应是放热反应

B．该过程的决速步是甲烷产生自由基过程

C．从ⅰ→ⅱ的过程中，存在 $\text{[math]}$

D．微粒ⅱ和ⅲ是反应的中间体

②由 $\text{[math]}$ 生成 $\text{[math]}$ 的过程中， $\text{[math]}$ 产生自由基的过程可表示为。

(3) 利用甲酸钠脱除水体中的 $\text{[math]}$ ，反应的还原主产物是 $\text{[math]}$ ，存在中间产物 $\text{[math]}$ 和副产物 $\text{[math]}$ ，其他可能的还原产物不考虑。水体中 $\text{[math]}$ 初始浓度为 $\text{[math]}$ ，测得过程中 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ ( $\text{[math]}$ 元素的含量)随时间变化如图所示。 $\text{[math]}$ 时 $\text{[math]}$ 转化完全，检测不到 $\text{[math]}$ 。

① $\text{[math]}$ 中N原子的杂化方式是。

②从开始到转化完全时，反应速率 $\text{[math]}$ 为(保留3位有效数字，下同) $\text{[math]}$ ，氮的脱除效率( $\text{[math]}$ )可以达到。

(4) 已知 $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$ 。常温下， $\text{[math]}$ 的甲酸钠溶液中， $\text{[math]}$ (填“>”“<”或“=”) $\text{[math]}$ ，溶液 $\text{[math]}$ (写出此空的计算过程)。

综合题困难

2. 二甲醚 $\text{[math]}$ 是一种洁净液体燃料，工业上以CO和 $\text{[math]}$ 为原料生产 $\text{[math]}$ 。制备二甲醚在催化反应室中(压强： $\text{[math]}$ ，温度： $\text{[math]}$ )进行下列反应：

反应ⅰ： $\text{[math]}$

反应ⅱ： $\text{[math]}$

(1) ①在该条件下，若反应i的起始浓度分别为 $\text{[math]}$ 后CO的转化率为 $\text{[math]}$ ，则8min内CO的平均化学反应速率为。

②针对反应i进行研究，在容积可变的密闭容器中，充入nmolCO和 $\text{[math]}$ 进行反应。在不同压强下 $\text{[math]}$ ，反应达到平衡时，测得CO平衡转化率 $\text{[math]}$ 与温度的变化如下图所示，图中X代表(填“温度”或“压强c)。解释b点的容器容积小于 $\text{[math]}$ 点的容器容积的原因。

(2) 在t℃时，反应ii的平衡常数为400，此温度下，反应到某时刻测得各组分的物质的量浓度如下表：

物质	$\text{[math]}$	$\text{[math]}$	$\text{[math]}$
$\text{[math]}$	0.05	1.0	1.0

此时刻反应ii的 $\text{[math]}$ (填“>”“<”或“=”) $\text{[math]}$ 。

(3) 在使用催化剂、压强为5.0MPa、反应时间为10分钟的条件下，通过反应i、ii制备 $\text{[math]}$ ，结果如下图所示， $\text{[math]}$ 之间，随着温度升高，CO转化率降低而 $\text{[math]}$ 产率升高的原因可能是。

(4) $\text{[math]}$

利用 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 计算 $\text{[math]}$ 时，还需要利用反应的 $\text{[math]}$ 。

综合题困难

3. 氢气和碳氧化物反应生成甲烷，有利于实现碳循环利用。涉及反应如下：

反应Ⅰ：CO(g)+3H₂(g) $\text{[math]}$ CH₄(g)+H₂O(g) $\text{[math]}$ H₁=-206.2kJ/mol

反应Ⅱ：CO(g)+H₂O(g) $\text{[math]}$ CO₂(g)+H₂(g) $\text{[math]}$ H₂

反应Ⅲ：CO₂(g)+4H₂(g) $\text{[math]}$ CH₄(g)+2H₂O(g) $\text{[math]}$ H₃=-165.0kJ/mol。

回答下列问题：

(1) $\text{[math]}$ H₂=。

(2) 已知反应Ⅱ的速率方程为v_正=k_正p(CO)·p(H₂O)，v_逆=k_逆·p(CO₂)·p(H₂)，其中k_正、k_逆分别为正、逆反应的速率常数。如图(lgk表示速率常数的对数)所示a、b、c、d四条斜线中，表示lgk_正随 $\text{[math]}$ 变化关系的是斜线(填字母标号)；表示lgk_逆随 $\text{[math]}$ 变化关系的是斜线(填字母标号)。

(3) 温度为T₂时，向某固定容积的容器中充入一定量的和1molCO，平衡时H₂和CO的转化率(a)及CH₄和CO₂的物质的量(n)随 $\text{[math]}$ 变化的情况如图所示(忽略其他副反应)。

①图中表示α(CO)、n(CH₄)变化的曲线分别是、(填标号)；m=；CH₄的选择性[ $\text{[math]}$ ×100%]=。

②已知温度为T₂时，起始向该固定容积的容器中充入1mol的CO和0.5mol的H₂进行上述反应，起始压强为1.5P₀ ，反应Ⅰ的K=(用P₀表示)。

③温度为T₁时， $\text{[math]}$ =1时，α(CO)可能对应图中X、Y、Z、W四点中的(填标号)。

综合题困难

实验编号	反应物组成
a	$\text{[math]}$ $\text{[math]}$ 粉末 $\text{[math]}$ $\text{[math]}$
b	$\text{[math]}$ $\text{[math]}$ 粉 $\text{[math]}$ $\text{[math]}$
c	$\text{[math]}$ $\text{[math]}$ 粉 $\text{[math]}$ 饱和石灰水
d	$\text{[math]}$ $\text{[math]}$ 粉 $\text{[math]}$ 石灰乳
e	$\text{[math]}$ $\text{[math]}$ 粉 $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ 粉末 $\text{[math]}$ $\text{[math]}$

温度/ $\text{[math]}$	950	1000	1050	1100	1150
$\text{[math]}$	0.5	1.5	3.6	5.5	8.5
$\text{[math]}$	0.0	0.0	0.1	0.4	1.8