【題目】催化還原CO2是解決溫室效應(yīng)及能源問題的重要手段之一。研究表明,Cu/ZnO催化劑存在下,CO2H2可發(fā)生兩個(gè)平行反應(yīng),分別生成CH3OHCO。反應(yīng)的熱化學(xué)方程式如下:

I.CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) H1=-53.7kJ·mol-1

I.CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) H2

某實(shí)驗(yàn)室控制CO2H2初始投料比為1:2.2,在相同壓強(qiáng)下,經(jīng)過相同反應(yīng)時(shí)間測得如下實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù):

T(K)

催化劑

CO2轉(zhuǎn)化率(%)

甲醇選擇性(%)

543

Cat.l

12.3

42.3

543

Cat.2

10.9

72.7

553

Cat.l

15.3

39.1

553

Cat.2

12.0

71.6

[備注]XCat.1:Cu/ZnO納米棒;Cat.2:Cu/ZnO納米片甲醇選擇性:轉(zhuǎn)化的CO2中生成甲醇的百分比。

已知:COH2的標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱分別為-283.0kJ/mol和一285.8kJ/mol;

H2O(l)==H2O(g) H3=+44.0kJ·mol-1

請回答下列問題(不考慮溫度對H的影響):

(1)反應(yīng)I_________(低溫高溫”)下自發(fā)進(jìn)行;反應(yīng)II每生成9g水蒸氣放出熱量為___________

(2)恒容條件下,有利于提高CO2轉(zhuǎn)化為CH3OH的平衡轉(zhuǎn)化率的措施有_____(填字母代號)。

A.延長反應(yīng)時(shí)間 B.使用催化劑Cat.2 C.降低反應(yīng)溫度

D.投料比不變,增加反應(yīng)物的濃度 E.增大CO2H2的初始投料比

(3)由表中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以得出的結(jié)論是_______________________。

(4)553K,使用催化劑Cat.2,在該時(shí)刻H2的轉(zhuǎn)化率為______(填字母代號)。

A.5.5% B.13.3% C.16.4% D.29.3%

(5)在下圖中分別畫出反應(yīng)I在無催化劑、有Cat.1和有Cat.2三種情況下反應(yīng)過程能量示意圖。________

(6)研究證實(shí),CO2也可在硫酸溶液中用情性電解生成甲醇,則生成甲醇的電極反應(yīng)式是_________,另一極的電解產(chǎn)物為______________________。

【答案】 低溫 20.6kJ CD 在相同溫度下不同的催化劑對CO2 轉(zhuǎn)化成CH3OH的選擇性有顯著的影響(或在相同溫度下不同的催化劑對反應(yīng)I的催化能力不同) C CO2+6H++6e-==CH3OH+H2O O2(H2SO4)

【解析】(1)反應(yīng)I為I.CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) △H1=-53.7kJ·mol-1 為放熱反應(yīng),

在低溫下自發(fā)進(jìn)行反應(yīng)為II.CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) △H2

已知CO和H2的燃燒熱分別為-283.0kJ·mol-1和-285.8kJ·mol-1,則①:CO(g)+O2(g)=CO2(g)△H= -283.0kJ·mol-1②:H2(g)+O2(g)=H2O (l)△H=-285.8kJ·mol-1③:H2O(l)=H2O(g)ΔH3=+44.0kJ·mol-1
根據(jù)蓋斯定律分析,②-①+③即可得熱化學(xué)方程式為:

CO2(g)+ H2(g)CO(g)+H2O(g)ΔH2=-285.8+283.0+44=+41.2 kJ·mo

每生成9g水蒸氣放出熱量為20.6 kJ。

(2)反應(yīng)中A、延長反應(yīng)時(shí)間,平衡不移動,不能提高轉(zhuǎn)化率,A錯(cuò)誤;B、使用催化劑,平衡不移動,不能提高轉(zhuǎn)化率,B錯(cuò)誤;C、降低反應(yīng)溫度,平衡正向移動,提高二氧化碳的轉(zhuǎn)化率,C正確;D、投料比不變,增加反應(yīng)的濃度,平衡正向移動,提高二氧化碳的轉(zhuǎn)化率,D正確;E、增大二氧化碳和氫氣的初始投料比,能提高氫氣的轉(zhuǎn)化率,二氧化碳的會降低,E錯(cuò)誤;;答案選CD。
(3)從表格數(shù)據(jù)分析,在相同的溫度下,不同的催化劑,其二氧化碳的轉(zhuǎn)化率也不同,說明不同的催化劑的催化能力不同;相同催化劑不同的溫度,二氧化碳的轉(zhuǎn)化率不同,且溫度高的轉(zhuǎn)化率大,因?yàn)檎磻?yīng)為放熱反應(yīng),說明表中數(shù)據(jù)是未到平衡數(shù)據(jù)。所以在相同溫度下不同的催化劑對CO2轉(zhuǎn)化成CH3OH的選擇性有顯著的影響。

(4)由.CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) △H1= -53.7kJ·mol-1

初始量 1 2.2 0 0

變化量0,12 0.36 0.12 0.12

平衡量 0,88 1.84 0.12 0.12

553K,使用催化劑Cat.2,在該時(shí)刻H2的轉(zhuǎn)化率為=0.36/2.2=16.4

(5已知反應(yīng)I在無催化劑、有Cat.1和有Cat.2三種情況下“反應(yīng)過程能量”示意圖。_

(6)CO2也可在酸性水溶液中通過電解生成甲醇C元素化合價(jià)降低,被還原,應(yīng)為電解池的陰極反應(yīng),電極方程式為CO2+6H++6e- = CH3OH+H2O,陽極的4OH4e-=O2+H2O

故答案為:CO2+6H++6e- = CH3OH+H2O,O2 (H2SO4)

點(diǎn)睛:掌握蓋斯定律是分析和計(jì)算反應(yīng)熱常用的工具。根據(jù)方程式的加減確定反應(yīng)熱的加減。同時(shí)注意反應(yīng)熱的正負(fù)號。掌握平衡移動原理,注意只有濃度、溫度和壓強(qiáng)硬性平衡,注意催化劑的使用只能改變反應(yīng)速率但不影響平衡,可以影響到達(dá)平衡的時(shí)間。當(dāng)增大一種反應(yīng)物的濃度時(shí),平衡正向移動,另一種反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率會提高,但本身轉(zhuǎn)化率會降低。本題考查了平衡常數(shù)和蓋斯定律,平衡移動的影響因素,和催化劑對反應(yīng)的影響,綜合能力較強(qiáng),題目難度中等。

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A.3:2
B.2:1
C.1:1
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【題目】僅根據(jù)題中圖示得出的結(jié)論不合理的是( 。

A

B

C

D

圖示

結(jié)論

HB為弱酸

HF為弱電解質(zhì)

溶解度:AgI<AgCl

正反應(yīng)△H>0


A.A
B.B
C.C
D.D

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C. 常溫下,NaHRO3溶液中c(HRO3-)>c(RO32-)>c(H2RO3)

D. 當(dāng)吸收RO2的溶液呈中性時(shí),c(Na+)=2c(RO32-)+c(HRO3-)

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(1)Q的基態(tài)原子的價(jià)層電子排布式為___________________________。

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