专题11 化学反应原理综合应用-【好题汇编】备战2024-2025学年高二化学下学期期末真题分类汇编（浙江专用）

专题11 化学反应原理综合应用 内容概览 考向1 二氧化碳资源综合利用 考向2 其它能源综合利用 考向1二氧化碳资源综合利用 1．(浙江省嘉兴市2023-2024学年高二下学期期末)二氧化碳(CO2)作为一种生产高价值燃料和化学品的可再生碳源，将其催化转化为甲烷是减少温室气体排放的一项战略。二氧化碳加氢制甲烷过程中主要反应为： 反应I：CO2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋2H2O(g) ΔH1＝-167.4kJ·mol−1 反应II：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH2＝+41.2kJ·mol−1 反应III：2CO(g)＋2H2(g)CO2(g)＋CH4(g) ΔH3 请回答： (1)反应I能自发进行的条件是 ；ΔH3= kJ/mol。 (2)向恒压密闭容器中通入1mol CO2和4mol 平衡时CH4、CO、CO2的物质的量随温度的变化如图1所示。下列说法正确的是___________。 A．图中曲线B表示CO的物质的量随温度的变化 B．提高CO2转化为CH4的转化率，需要研发在低温区高效的催化剂T/℃ C．当容器中混合气体密度不再变化时，说明反应到达平衡状态 D．若提高初始投料比n(CO2)：n(H2)，CO2平衡转化率提高 (3)二氧化碳在Mn-Ni系催化剂作用下甲烷化的某种反应机理如图2所示，CO2在催化剂表面经历吸附-转化-脱附的过程。某研究组在温度T=275℃、压力=0.1MPa、原料气n(CO2)：n(H2)=4的实验条件下，探究了气体空速(WHSV：单位时间通过单位体积催化剂的气体量)对该反应的影响，结果如图3所示。请说明随反应空速增大CO2转化率减小的原因 。 (4)在多晶Cu催化下，CO2电催化转化为CH4的工作原理如图4所示。该装置中需持续通入CO2并控制温度在10℃，使CO2优先于H+放电 ①其中多晶铜电极上的电极反应式为 。 ②请说明该装置中不使用阳离子交换膜的原因 。 【答案】(1)低温自发 -247.1kJ/mol (2)BC (3)提升空速，一定时间内会增加流经整个反应体系的CO2分子数目，但是过多的CO2还没有开始反应就被排出，因而CO2转化率会相应下降 (4)9CO2+6H2O+8e-=CH4+8HCO3- 若采取阳离子交换膜，阳极区放电产生的H+迁移至阴极，会影响CO2的放电 【解析】(1)反应ⅠΔH<0，ΔS<0，根据ΔH-TΔS<0反应可自发进行可知，该反应在低温条件下可自发进行。反应Ⅲ=反应Ⅰ-2×反应Ⅱ，ΔH3=(-164.7-82.4)kJ/mol=-247.1kJ/mol。 (2)A项，升高温度，反应Ⅰ和反应Ⅲ化学平衡逆向移动，反应Ⅱ化学平衡正向移动，则随着温度升高，CO的物质的量应该逐渐增大，为C曲线，A错误；B项，降低温度，反应I的化学平衡正向移动，研发在低温区高效的催化剂，可让反应I在低温条件下发生，促使其化学平衡正向移动，提高二氧化碳转化为CH4的转化率，B正确；C项，反应在恒压容器中进行，三个反应不都是等体积反应，随着反应进行，气体的总物质的量不断变化，为保持压强一定，容器体积也在不断变化，则混合气体的密度也随之变化，混合气体密度不变说明反应达到平衡状态，C正确；D项，提高初始投料比n(CO2)：n(H2)，相当于在原平衡的基础上增大了CO2浓度，CO2的转化率减小，D错误；故选BC。 (3)提高空速，一定时间内会增加流经整个反应体系的CO2分子数目，但是载体上-OH数量有限，过多的CO2还没有开始反应就被排出，因而CO2转化率会相应下降。 (4)①CO2转化为CH4，C化合价降低得电子，则通入二氧化碳的电极为阴极，即多晶铜电极为阴极，阴极上CO2得电子结合水生成CH4和碳酸氢根离子，电极反应式为9CO2+6H2O+8e-=CH4+8HCO3-。 ②若采用阳离子交换膜，则阳极区的氢离子会通过离子交换膜进入阴极区，进而影响CO2得电子转化为CH4。 2．(浙江省宁波市2023-2024学年高二下学期期末)研究CO2的综合利用，对实现“碳达峰”和“碳中和”具有重要意义。请回答： (1)一定条件下，二氧化碳和甲烷重整可制合成气(CO、H2)，相关热化学方程式如下： Ⅰ：H4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g) ΔH1 Ⅱ：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH2＝+41kJ·mol−1 Ⅲ：CH4(g)2H2(g)+C(s) ΔH3＝+74.9kJ·mol−1 Ⅳ：2CO(g)CO2(g)+C(s) ΔH4＝-172.4kJ·mol−1 1 ΔH1= kJ·mol−1。 2 ②下列说法正确的是 。 A．升高温度，有利于提高二氧化碳的转化速率 B．积碳能使催化剂失活，选择合适的温度可以降低催化剂积碳的速率 C．增大压强，有利于提高平衡时合成气的产率 D．增大n(CO2)：n(CH4)的值，有利于提高n(H2)：n(CO) ③在一定条件下，CO2和CH4在容器中发生以上反应，平衡时n(CO)：n(H2)与反应温度(T)的关系如图所示，700℃之后，n(CO)：n(H2)逐渐减小的原因是 。 ④T℃时，等物质的量CO2和CH4在压强为p kPa的恒压容器中只发生反应Ⅰ，CO2体积分数()随时间(t)的变化曲线如图所示。此反应化学平衡常数Kp= 。［对于气相反应，用某组分B的平衡压强代替物质的量浓度也可表示平衡常数，记作Kp，如，p为平衡总压强，为平衡系统中B的体积分数］。其他条件相同，若反应在起始压强为p kPa的恒容容器中发生，请在图中画出体积分数(q)随时间(t)的变化曲线 (只作定性描述，无需计算平衡时CO2体积分数)。 (2)研究表明，利用电催化技术，在常温下可以将CO2和N2转化为尿素，电解原理如图所示，阴极的电极反应式是 。 【答案】(1)+247.3 AB 700℃之后，随着反应温度的升高，反应Ⅰ、Ⅱ正向移动，反应Ⅳ逆向移动，且反应Ⅲ正向移动程度大于反应Ⅱ正向移动和反应Ⅳ逆向移动程度，因此n(CO)：n(H2)逐渐减小 2.56P2 (2) CO2+N2+6H++6e-=CO(NH2)2＋H2O 【解析】(1)①由盖斯定律可知，Ⅲ-Ⅳ可得 =+247.3 kJ/mol；②A项，反应Ⅰ和反应Ⅱ是吸热反应，升高温度，反应速率增大且平衡正向移动，有利于提高二氧化碳的转化速率，A正确；B项，积碳能使催化剂失活，选择合适的温度使反应Ⅲ和反应Ⅳ的正向进行程度减小，可以降低催化剂积碳的速率，B正确；C项，反应Ⅰ是气体体积增大的反应，反应Ⅱ是气体体积不变的反应，反应Ⅲ是气体体积增大的反应，反应Ⅳ是气体体积减小的反应，增大压强，反应Ⅰ逆向移动，反应Ⅱ不移动，反应Ⅲ逆向移动，反应Ⅳ正向移动，合成气的产率减小，C错误；D项，增大n(CO2)：n(CH4)的值，相当于增大CO2的浓度，反应Ⅰ和反应Ⅱ正向移动，反应Ⅳ逆向移动，CO增大的浓度大于H2，n(H2)：n(CO)减小，D错误；故选AB；③700℃之后，n(CO)：n(H2)逐渐减小的原因是：700℃之后，随着反应温度的升高，反应Ⅰ、Ⅱ正向移动，反应Ⅳ逆向移动，且反应Ⅲ正向移动程度大于反应Ⅱ正向移动和反应Ⅳ逆向移动程度，因此n(CO)：n(H2)逐渐减小；④根据已知条件列出“三段式”： ，解得x=，则此反应化学平衡常数=2.56P2。是气体体积增大的反应，若改为在恒容容器中发生，相当于在恒压的基础上压缩体积，平衡逆向移动，CO2的平衡体积分数增大，其反应速率增大，更快到达平衡，表示为。 (2)由图可知，N2在阴极得到电子生成CO(NH2)2，N元素由0价下降到-3价，根据得失电子守恒和原子守恒配平电极方程式为：CO2+N2+6H++6e-=CO(NH2)2＋H2O。 3．(浙江省衢州市2023-2024学年高二下学期期末)实现碳中和已经成为全球广泛共识，化学学科在此过程中发挥着至关重要作用 (1)CO2加氢可制备甲酸(HCOOH)。 ①工业上利用甲酸的能量关系转换图如图所示： 反应CO2(g)＋H2(g)HCOOH(g)的焓变ΔH= kJ•mol-1。 ②温度为T1℃℃时，将物质的量均为1mol的CO2和H2充入体积为1L的恒容密闭容器中发生反应：CO2(g)＋H2(g)HCOOH(g) K=2，达到平衡时CO2的转化率为 。已知：，，、为速率常数。℃达到平衡时，则 (填“>”、“<”或“=”)。 (2)二甲醚(DME)是一种重要的化工原料，可以通过CO2制备得到。方法如下： Ⅰ．2CO2(g)＋6H2(g)CH3OCH3(g)＋3H2O(g) ΔH1＝-122.4kJ·mol−1 伴随副反应： Ⅱ．CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH2＝+41.2kJ·mol−1 恒压条件下，在密闭容器中制备二甲醚。按照n(CO2)：n(H2)=1：3投料，CO2的平衡转化率和CO、CH3OCH3的选择性随温度变化如图所示。 ①下列说法正确的是 。 A．当反应达到平衡时，n(CO2)：n(H2)=1：3 B．曲线①表示二甲醚的选择性 C．温度越低越有利于工业生产二甲醚 D．工业上引入催化剂是为了降低反应Ⅰ的ΔH1从而加快反应速率 ②在200~350℃的范围内，CO2的平衡转化率出现如图所示变化的原因： 。 【答案】(1) -31.4 50% < (2)B 温度较低时(200~280℃时)以反应Ⅰ为主，反应放热，升温平衡逆向移动，CO2平衡转化率降低；温度较高时(280℃~350℃时)以反应Ⅱ为主，反应吸热，升温平衡正向移动，CO2平衡转化率升高 【解析】(2)反应Ⅰ．2CO2(g)＋6H2(g)CH3OCH3(g)＋3H2O(g) ΔH1＝-122.4kJ·mol−1为放热反应；反应Ⅱ．CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH2＝+41.2kJ·mol−1为吸热反应；随着温度升高，反应I逆向移动，CH3OCH3的选择性降低，曲线①代表CH3OCH3的选择性；反应Ⅱ正向移动，CO的选择性升高，曲线③代表CO的选择性；曲线②代表CO2的平衡转化率。 (1)①I．HCOOH(g)=CO(g)+H2O(g) ΔH1=+72.6kJ/mol Ⅱ．CO(g)+O2(g)=CO2(g) ΔH2=-283.0kJ/mol Ⅲ．H2(g) +O2 (g) = H2O (g) ΔH3=-241.8kJ/mol 根据盖斯定律，Ⅲ-Ⅱ-Ⅰ可得CO2(g)+H2(g) HCOOH(g) ΔH=-31.4kJ/mol； ②列出三段式： K==2，解得x=0.5，CO2的转化率为；当反应达到平衡时，正逆反应速率相等，则 k正c(CO2)·c(H2)=k逆c(HCOOH)，K=，温度为T1℃时，K=2，温度为T2℃时，K=1.9，该反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，K减小，由此可知T1<T2； (2)①A项，反应I中CO2和H2按照1：3反应，而反应ⅡCO2和H2按照1：1反应，当反应达到平衡时，n(CO2)：n(H2)≠1：3，A错误；B项，曲线①表示二甲醚的选择性，B正确；C项，温度过低反应速率太慢，不利于二甲醚的工业生产，C错误；D项，引入催化剂不能降低反应热，D错误；故选B；②在200~350℃的范围内，CO2的平衡转化率出现如图所示变化的原因：温度较低时(200~280℃时)以反应Ⅰ为主，反应放热，升温平衡逆向移动，CO2平衡转化率降低；温度较高时(280℃~350℃时)以反应Ⅱ为主，反应吸热，升温平衡正向移动，CO2平衡转化率升高。 4．(浙江省绍兴市2023-2024学年高二下学期期末调测)将CO2转化成可利用的化学能源的“负碳”技术是减少碳排放的重要途径。 方法I：二氧化碳催化加氢制甲醇CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)。该反应一般认为通过如下步骤来实现： ①CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH1＝+41kJ·mol−1 ②CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH2＝-99kJ·mol−1 (1)总反应的ΔH= kJ·mol−1。 (2)反应①的平衡常数为K1，反应②的平衡常数为K2，则总反应的平衡常数为K= (用含K1、K2的式子表示)。 (3)下列关于二氧化碳加氢制甲醇的说法不正确的是___________。 A．图1中能正确反映总反应平衡常数K随温度变化关系的曲线为a B．体系中的CO2平衡转化率(a)与温度和压强的关系如图2所示，则压强最大的为p1 C．反应达平衡后，在恒温恒容条件下充入一定量的N2，体系压强增大，反应速率加快 D．选择合适的催化剂能提高CO2的平衡转化率 方法II：CO2电解法制甲醇。利用电解原理，可将CO2转化为CH3OH，其装置如图所示： (4) TiO2电极上电极反应方程式： 。 方法III：CH4超干重整CO2得到的CO经偶联反应可制得 (草酸)。 (5)在水溶液中H2C2O4、HC2O4-和C2O42-物质的量分数pH关系如图所示，则c点(1、3两条线的交点)溶液pH= 。 【答案】(1)-58kJ•mol-1 (2)K1•K2 (3)CD (4) CO2+6H++6e-=CH3OH＋H2O (5)2.7 【解析】(1)根据盖斯定律：①+②得CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH＝-58kJ·mol−1； (2)化学方程式相加，化学平衡常数相乘，则K= K1×K2； (3)A项，正反应是放热反应，升高温度平衡逆向进行，平衡常数减小，图1中能正确反映平衡常数K随温度变化关系的曲线为a，正确；B项，增大压强，平衡正向进行，温度相同时，转化率随压强增大而增大，则图2中的压强由大到小：，正确；C项，恒容条件下充入一定量的N2，虽然体系压强增大，但是反应物气体浓度不变，反应速率不变，错误；D项，催化剂可改变反应速率，反不能改变平衡移动，即催化剂不能改变CO2的平衡转化率，错误； (4)根据装置示意图，TiO2为阴极，发生还原反应，电极反应式：CO2+6H++6e-=CH3OH＋H2O； (5)根据H2C2O4H++ HC2O4-、HC2O4-H++ C2O42-，随着pH减小，溶液中cH＋增大，平衡逆向移动，溶液中C2O42-浓度逐渐减小，对应曲线3，HC2O4-浓度先增大后减小，对应曲线2，H2C2O4浓度增大，对应曲线1，根据a点：，根据b点：，c点：，则pH=2.7。 5．(浙江省台州市2023-2024学年高二下学期期末)CO2过度排放会造成气候、环境问题，在特定催化剂下，CO2和H2可发生反应生成CH3OH和，热化学方程式如下： 反应I：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH＝-50kJ·mol−1 反应II：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH1＝+41.2kJ·mol−1 (1)已知：2CO(g)＋O2(g)2CO2(g) ΔH＝-566kJ·mol−1 H2O(g)=H2O(l) ΔH＝-44kJ·mol−1 写出表示H2燃烧热的热化学方程式： 。 (2)在一定温度下，将1molCO2(g)和3molH2(g)充入体积为1L的恒容密闭容器中，容器起始压强为p，仅发生反应I，回答下列问题： ①反应I在低温下可自发进行的原因是 。 ②已知平衡常数可用反应体系中的气体分压代替浓度表示，分压=总压×物质的量分数。若该反应平衡后混合气体的压强变为0.75p，则该温度下反应的化学平衡常数Kp为 。(用含p的计算式化简后表示) ③一定温度下H2和CO2的物质的量之比为n：1，相应平衡体系中CH3OH的物质的量分数为y，请在下图中绘制y随n变化的示意图 。 (3)有研究表明，5MPa气压下经催化，H2的含水蒸气量与CO2平衡转化率、甲醇平衡产率的关系如图1、图2所示： ①下列说法不正确的是 。 A．其他条件不变，增大H2含水蒸气的量一定可以使反应I的平衡逆移，CO2平衡浓度增大 B．H2中的水蒸气在高温下可以作为反应的热源，有利于反应I的速率加快 C．图1中450℃下的图像变化说明高温下H2含水蒸气量增大不利于甲醇生成 D．改用活性更好的催化剂能使图2中各温度下的甲醇产率都增大 ②图2中260℃时甲醇产率变化趋势与220、240℃时相反，请从温度与水蒸气含量的角度对此作出合理的解释 。 【答案】(1) (2)反应放热，且正反应方向气体总物质的量减少，ΔH＜0，ΔS＜0，故低温下自发 (3)AD 因为反应I的ΔH＜0、反应Ⅱ的ΔH＞0，故220、240℃等较低温度下以反应I为主，水蒸气浓度增大主要使反应I平衡逆移，甲醇产率降低；而温度升高至260℃后，以反应Ⅱ为主，水蒸气浓度增大主要使反应Ⅱ平衡逆移，CO2浓度增大，从而推动反应I平衡正移，甲醇产率升高(其他合理答案亦可) 【解析】(1)氢气燃烧热的热化学方程式，已知反应1、2，则根据盖斯定律可得，，则表示氢气燃烧热的热化学方程式为； (2)①热力学中，一个反应是否自发进行取决于吉布斯自由能变化(ΔG)。吉布斯自由能变化的公式是：ΔG=ΔH-TΔS，反应I在低温下可自发进行的原因是： 反应是放热反应(ΔH<0)，在低温下，ΔH项的影响占主导地位，使得ΔG变负，从而使反应自发进行。②已知平衡常数可用反应体系中的气体分压代替浓度表示，分压 = 总压 × 物质的量分数。若该反应平衡后混合气体的压强变为 0.75p，设初始时的压强为 p，反应进行程度为x，根据题意，反应平衡后总压强变为 0.75p，则有 平衡总压强，p平=0.75p，则有x+3x+x+x=0.75，解得x=0.125，则，代入计算得；③若只发生反应Ⅰ，当氢气和二氧化碳的物质的量之比为3：1时，甲醇的物质的量分数最大，此时n=3，最后随着n的增大，甲醇的物质的量分数开始逐渐减小，示意图为； (3)①A项，图1中可以将看出随着氢气含水蒸气量增加，二氧化碳转化率都会降低，平衡的确会逆移，二氧化碳浓度因反应逆移增大，但在图2中260℃时，随着氢气中含水蒸气量的增加，甲醇含量增高，说明反应正移，所以二氧化碳的平衡浓度减小，综上二氧化碳浓度变化不能确定，故A错误；B项，水是一种比热容较高的物质，所以氢气中的水蒸气含有大量的热量，因此可以作为反应的热源，故B正确；C项，图1中可以将看出在450℃下，随着氢气含水蒸气量增加，二氧化碳转化率降低，所以不利于反应正向进行，则甲醇生成量减小，故C正确；D项，催化剂只改变反应速率，不影响平衡移动，改用活性更好的催化剂能使图2中各温度下转化率都不变，故D错误；故选AD；②因为反应I的ΔH<0、反应Ⅱ的ΔH>0，故220、240℃等较低温度下以反应I为主，水蒸气浓度增大主要使反应I平衡逆移，甲醇产率降低；而温度升高至260℃后，以反应Ⅱ为主，水蒸气浓度增大主要使反应Ⅱ平衡逆移，CO2浓度增大，从而推动反应I平衡正移，甲醇产率升高。 6．(浙江省温州市环大罗山联盟2023-2024学年高二下学期期末)我国力争于2030年前做到碳达峰，2060年前实现碳中和。资源化利用碳氧化合物能有效减少排放CO2，实现自然界中的碳循环。 (1)CO2的捕获是实现资源利用的重要途径。烟气中CO2的捕集可能过如下所示的物质转化实现。 “碳化”的温度不能过高的原因是 。 (2)以CO2、C2H6为原料合成C2H4涉及的主要反应如下： I．CO2(g)＋C2H6(g)C2H4(g)＋CO(g)+H2O(g) ΔH＝+177kJ·mol−1 (主反应) II．C2H6(g)CH4(g)＋H2(g)＋C(s) ΔH＝+9kJ·mol−1 (副反应) 反应I的反应历程可分为如下两步： i．C2H6(g)C2H4(g)＋H2(g) ΔH1 ii．CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH2＝+41kJ·mol−1 ①ΔH1= ②0.1MPa时，向恒容密闭容器中充入物质的量之比为2：1的CO2(g)和C2H6(g)，反应物转化率与反应温度的关系如图所示。在800℃下C2H4(g)的选择性为 。 (3)CO2可制甲烷化，CO2可制甲烷化过程中，CO2活化的可能途径如图所示。CO是CO2活化的优势中间体，可能的原因是 。 (4)CO2和H2催化合成CH4。主要发生反应为：CO2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋2H2O(g)，一定温度和压强下，将一定比例CO2和H2分别通过装有两种不同催化剂的反应器，反应相同时间，测得CO2转化率随温度变化情况下如图。 下列说法不正确的是___________。 A．该反应ΔH＜0，在低温下能自发进行 B．若增大体系压强，可提高活化分子百分数，使反应速率加快 C．高于320℃后，用Ni作催化剂，CO2转化率明显上升，其可能原因是Ni催化剂活性随温度升高而增大，与温度升高共同使化学反应速率迅速增大 D．由图可知，工业生产中用Ni-GeO2作催化剂优于用Ni作催化剂 【答案】(1)碳酸氢锂不稳定，受热易分解 (2) +136 80% (3)生成中间体反应的活化能小，反应快；CO中间体能量低，稳定，利于生成 (4)B 【解析】(1)碳酸锂悬浊液吸收二氧化碳生成碳酸氢锂，碳酸氢锂不稳定，受热易分解，所以碳化温度不宜过高。 (2)①根据盖斯定律反应Ⅰ-反应ii可得C2H6(g)C2H4(g)＋H2(g) ΔH1=(177-44)kJ/mol=+136kJ/mol；②设CO2(g)和C2H6(g)的物质的量分别为2mol和1mol，在800℃，CO2的转化率为30%，反应量为2mol×30%=0.6mol，C2H6的转化率为75%，反应量为1mol×75%=0.75mol，由反应CO2(g)＋C2H6(g)C2H4(g)＋CO(g)+H2O(g)可知，生成C2H4(g)的物质的量为0.6mol，C2H4(g)的选择性为=80%。 (3)由图可知，CO是CO2活化的优势中间体，可能的原因是生成中间体反应的活化能小，反应快；CO中间体能量低，稳定，利于生成。 (4)A项，由图可知，升高温度，CO2的平衡转化率减小，该反应为放热反应，ΔH＜0，该反应是气体体积减小的反应，ΔS＜0，ΔG=ΔH-TΔS＜0时，反应能自发进行，则该反应在低温下能自发进行，A正确；B．若增大体系压强，可提高单位体积的活化分子个数，使反应速率加快，活化分子百分数不变， B错误；C项，由图可知，320℃时，Ni-GeO2的催化活性强于Ni的催化活性，以Ni-GeO2为催化剂时，催化合成反应已达到平衡，而以Ni为催化剂时，催化合成反应未达到平衡，320℃后，Ni催化剂活性随温度升高而增大，与温度升高共同使化学反应速率迅速增大，反应相同时间时二氧化碳的转化率增加，C正确；D项，由图可知，Ni-GeO2的催化活性强于Ni的催化活性，工业生产中用Ni-GeO2作催化剂优于用Ni作催化剂，D正确；故选B。 考向2 其它能源综合利用 7．(浙江省舟山市2023-2024学年高二下学期期末)氢能为清洁能源，为应对气候变化全球掀起了氢能发展热潮，制备氢气有多种途径。 Ⅰ．乙酸制氢过程发生如下反应： 反应Ⅰ：CH3COOH(g)2CO(g)＋2H2(g) 反应Ⅱ：CH3COOH(g)CH4(g)＋CO2(g) (1)已知反应： ①由图可得，ΔH= kJ·mol−1。 ②恒温恒容下发生上述反应，下列说法正确的是 。 A．混合气体密度不变时，反应达到平衡  B．加入CO2，可提高CH4的转化率 C．加入催化剂，可提高H2的平衡产率 D．充入Ar，对H2的产率不产生影响 (2)在容积相同的密闭容器中，加入等量乙酸蒸气(只发生反应Ⅰ和Ⅱ)，在相同时间测得温度与气体产率的关系如图所示。约650℃之前，氢气产率低于甲烷的可能原因是 。 (3)在一定条件下，投入一定量的乙酸，发生反应Ⅰ和反应Ⅱ．设达到平衡时体系总压强为p，乙酸体积分数为20％，反应Ⅰ的选择性为20％，则反应Ⅱ的平衡常数Kp为 。(用平衡分压代替平衡浓度计算) Ⅱ．热分解也可制氢，其原理是：。 (4)不同温度和压强下，H2S的平衡转化率变化如下图。生成物的状态为 (填“气态”或“非气态”)， (填“>”或“<”)。 【答案】(1) BD (2)反应Ⅰ的活化能比反应Ⅱ高，反应速率慢(其它答案合理也可) (3)p (4)气态 < 【解析】(1)①反应的焓变等于生成物焓减去反应物焓，由图可得，中；②恒温恒容下发生上述反应；A项，容器体积和气体总质量始终不变，则混合气体的密度始终不变，因此不能说明反应已达平衡，错误；B项，加入CO2，促使反应Ⅱ逆向移动，可提高CH4的转化率，正确；C项，加入催化剂，可以加快反应速率，但不提高H2的平衡产率，错误；D项，充入Ar，不影响平衡的移动，对H2的产率不产生影响，正确；故选BD； (2)活化能越大反应进行越困难，升高温度可以提高活化分子比例，加快反应速率，约650℃之前，氢气产率低于甲烷的可能原因是：反应Ⅰ的活化能比反应Ⅱ高，反应速率慢(其它答案合理也可)； (3)设起始乙酸的物质的量为1mol，转化乙酸物质的量为xmol，反应Ⅰ的选择性为20％，则生成CO物质的量为0.4xmol，生成CH4物质的量为0.8xmol，由题意可建立如下三段式： 总的物质的量为(1+1.4x)mol，由乙酸的体积分数可得：=20%，解得x=0.625mol，平衡时总物质的量为1.875mol，CH3COOH、CH4、CO2物质的量依次为0.375mol、0.5mol、0.5mol，则反应Ⅱ的平衡常数Kp==p； (4)若S2为固态，该反应是气体体积不变的反应，增大压强，化学平衡不移动，硫化氢的转化率不变，由图可知，温度一定时，改变压强，硫化氢的转化率改变，说明S2为气态，则该反应为气体体积增大的反应，增大压强，化学平衡向逆反应方向移动，硫化氢的转化率减小，图中P1条件下硫化氢的转化率大于P2条件下，则压强P1小于P2。 8．(浙江省金华市2023-2024学年高二下学期期末)甲烷和甲醇是工业上重要的资源，甲烷能通过重整反应得到氢气，以甲醇为燃料的燃料电池有良好的应用前景。 (1) CH4与CO2重整的主要反应为： 反应Ⅰ：CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g) ΔH1＝+246.5kJ·mol−1 反应Ⅱ：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH2＝+41.2kJ·mol−1 反应Ⅲ：2CO(g)CO2(g)+C(s) ΔH＝-172.5kJ·mol−1 在CH4与CO2重整体系中通入适量H2O(g)，可减少C(s)的生成，反应2CH4(g)＋3H2O(g)CO(g)＋CO2(g)＋7H2(g)的ΔH＝ kJ·mol−1。 (2)工业上常用甲烷和水蒸气重整制备氢气，在一定温度下，向体积固定的密闭容器中通入1mol CH4和1mol H2O，起始压强为0.2MPa，体系中发生如下反应： 反应Ⅳ：CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)； 反应Ⅴ：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)。 ①下列说法正确的是 。 A．氢气的体积分数肯定小于75% B．加入催化剂能提高CH4(g)平衡转化率 C．平衡时向容器中充入惰性气体，反应Ⅳ平衡正向移动 D．反应体系中气体相对分子质量不变时到达化学平衡状态 ②该条件下，反应达平衡时H2O(g)的转化率80%，CO(g)的物质的量为0.4mol，则反应Ⅳ的平衡常数Kp= (以分压表示，分压总压物质的量分数)。 ③向反应体系中加入适量多孔CaO，其优点是 。 (3)甲醇燃料电池已经广泛应用于生活中。 ①在允许自由迁移的固体电解质燃料电池中，甲醇放电的电极反应式为 。 ②甲醇燃料电池中，吸附在催化剂表面的甲醇分子逐步脱氢得到CO，四步可能脱氢产物及其相对能量如图，则最可行途径为a→b→ →j(用b~j等代号表示)。 【答案】(1)+369.4kJ·mol−1 (2)AD 0.4 CaO可以吸收CO2，反应Ⅴ平衡正移，H2的产率增大；CaO和CO2反应放热，提供热量，温度升高，反应Ⅳ平衡正移，H2的产率增大 (3) CH3OH+3O2--6e-=CO2＋2H2O a→b→(e→h)→j 【解析】(1)根据盖斯定律，反应可得2CH4(g)＋3H2O(g)CO(g)＋CO2(g)＋7H2(g)，则。 (2)①A项，根据反应Ⅳ，若1mol CH4和1mol H2O完全反应，则生成的氢气体积分数为75%，由于该反应为可逆反应，且发生反应反应Ⅴ，则氢气的体积分数肯定小于75%，A正确；B项，加入催化剂，只提高反应速率，不改变CH4(g)平衡转化率，B错误；C项，恒容条件下，平衡时向容器中充入惰性气体，物质浓度不变，则反应Ⅳ平衡不移动，C错误；D项，反应Ⅳ为气体分子数增大的反应，则体系中气体相对分子质量不变时，反应达到平衡状态，D正确；故选AD。 ②设反应Ⅳ中水的转化量为xmol，反应Ⅴ中水的转化量为ymol，则三段式关系为 反应达平衡时H2O(g)的转化率为80%，CO(g)的物质的量为0.4mol，则，，解得、，平衡时甲烷、水、一氧化碳、二氧化碳和氢气的物质的量为0.4mol、0.2mol、0.4mol、0.2mol和2mol，气体总物质的量为，总压强为，因此反应Ⅳ的平衡常数。③向反应体系中加入适量多孔CaO，可以吸收CO2，反应Ⅴ平衡正移，H2的产率增大；同时CaO和CO2反应放热，提供热量，温度升高，反应Ⅳ平衡正移，H2的产率增大。 (3)①在允许O2-自由迁移的固体电解质燃料电池中，甲醇失电子与O2-生成二氧化碳和水，电极反应式为CH3OH+3O2--6e-=CO2＋2H2O；②甲醇燃料电池中，吸附在催化剂表面的甲醇分子逐步脱氢得到CO，途径b→e→h→j对应的活化能最低，因此最可行。 9．(浙江省杭州市2023-2024学年高二下学期期末)(一)杭州亚运会主火炬的燃料被称为是“零碳甲醇”，即从生产甲醇到燃烧甲醇，产生、消耗的二氧化碳量实现完全中和。 (1)已知： H2(g) CH3OH(1) 燃烧热H(kJ•mol-1) -285.8 -726.5 “零碳甲醇”可通过以下总反应合成，该反应的△H= kJ/mol。 CO2(g)+3H2(g)CH3OH(l)+H2O(l) (2)某温度下，向容积固定为0.5L的密闭容器中通入2molCO2与4molH2，发生反应CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)，平衡时CO2的转化率为50%，不考虑副反应，该反应的平衡常数K= 。 (二)在恒压5MPa、投料比n(CO2)：n(H2)=1：3时发生反应I和Ⅱ。 I．CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH=-49.3kJ/mol Ⅱ．CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH=+41.2kJ/mol 某研究小组探究两组催化剂(CZA-1与CZA-2)在相同时间内对合成甲醇的影响，实验结果如图1和2所示。(CH3OH选择性=，CH3OH产率=) (3)下列说法正确的是_________。 A．降低温度能提高CH3OH的平衡产率 B．增大压强能提高CO2的平衡转化率 C．CZA-1的催化效率高于CZA-2 D．增大n(CO2)：n(H2)的投料比一定能提高CO2的转化率 (4)使用CZA-2催化剂，温度高于240℃时，CO2转化率升高但甲醇选择性下降的原因是 。 (5)在图3中画出使用CZA-1催化剂时，CH3OH产率随温度变化的趋势 。 【答案】(1)-130.9kJ/mol (2)0.25 (3)ABC (4)CZA-2催化剂活性下降使反应Ⅰ速率减小，温度升高使反应Ⅱ速率增大的程度大于反应Ⅰ速率减小的程度 (5) 【解析】(1)H2燃烧热的热化学方程式为；CH3OH燃烧热的热化学方程式为：；根据盖斯定律，3×①-②得到CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(l)+H2O(l)，则=3×(-285.8)+726.5=-130.9kJ/mol； (2)向容积固定为0.5L的密闭容器中通入2molCO2与4molH2，平衡时CO2的转化率为50%，列出三段式： 该反应的平衡常数K=； (3)A项，降低温度，Ⅰ正向移动，能提高CH3OH的平衡产率，A正确；B项，增大压强反应Ⅰ正向移动，能提高CO2的平衡转化率，B正确；C项，由图1和2可知，CZA-1的催化效率高于CZA-2，C正确；D项，增大n(CO2)：n(H2)的投料比，相当于增大CO2的量，可以提高H2的转化率，但是CO2的转化率降低，D错误；故选ABC。 (4)使用CZA-2催化剂，温度高于240℃时，CO2转化率升高但甲醇选择性下降的原因是：CZA-2催化剂活性下降使反应Ⅰ速率减小，温度升高使反应Ⅱ速率增大的程度大于反应Ⅰ速率减小的程度； (5)使用CZA-1催化剂过程中，200-240℃时，随着温度升高，反应速率加快，CH3OH产率增大，高于240℃时，CZA-1催化剂活性下降使反应Ⅰ速率减小，CH3OH产率减小，即CH3OH产率随温度变化的趋势为先增大后减小，趋势图表示如下： 。 10．(浙江省湖州市2023-2024学年高二下学期期末)CH4、和H2是重要的化工原料气，在某体系中存在如下转化： 反应I：CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g) ΔH1＝+247.3kJ·mol−1 反应Ⅱ：CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g) ΔH2＝+205.9kJ·mol−1 反应III：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) ΔH3 (1) ΔH3= kJ/mol。 (2)一定条件下，反应Ⅰ中CH4的平衡转化率随温度、压强的如图所示。A、B、C三点处对应平衡常数KA、KB、KC的大小关系为 。 (3)不同温度下，向密闭容器中按照n(CO2)：n(CH4)：n(H2O)=1：1：1投料，实验测得平衡时n(H2)：n(CO)随温度的变化关系如图所示。 ①压强p1、p2、p3由大到小的顺序为 。 ②压强为p2时，在温度Tm前后n(H2)：n(CO)的比值随温度升高先增大后减小，其中升高的原因是 。 (4)反应III常在Pd膜反应器中进行，其工作原理如图所示。 某温度下，H2在Pd膜表面上的解离过程存在如下平衡：H2(g)2H(吸附态)，其正反应的活化能远小于逆反应的活化能。下列说法不正确的是______。 A．Pd膜对气体分子的透过具有选择性 B．过程2的ΔH＞0 C．加快Pd膜内原子迁移有利于H2的解离 D．Pd膜能选择性分离出H2，但不能改变平衡常数和平衡转化率 (5)反应Ⅲ也可采用电化学方法实现，反应装置如图所示。 ①固体电解质采用 (填“氧离子导体”或“质子导体”)。 ②同温同压下，相同时间内，若进口I处n(CO)：n(H2O)= a：b，出口I处气体体积为进口I处的倍，则的转化率为 (用a，b，表示。该条件下水为气态)。 【答案】(1)－41.4 (2) KA<KB=KC (3) p3>p2>p1 升高温度，反应Ⅱ平衡正移，反应Ⅲ平衡逆移。T<Tm时，升温使反应Ⅱ正移的程度更大，n(H2)：n(CO)增大 (4)BD (5)质子导体 【解析】(1)反应Ⅲ=反应Ⅱ-反应I，ΔH3=ΔH2-ΔH1=(-205.9-247.3)kJ/mol=-41.4kJ/mol。 (2)该反应为吸热反应，升高温度，化学平衡正向移动，A、B两点仅温度不同，B点平衡转化率更大，平衡常数更大，说明B点温度高于A点，即T2>T1，B点和C点温度相同，平衡常数相同，则KA<KB=KC。 (3)①反应Ⅰ和反应Ⅱ为气体体积增大的反应，减小压强，平衡正向移动，n(H2)增加的程度大于n(CO)增加的程度，即n(H2)：n(CO)的比值越大，压强越小，则压强p3>p2>p1。②升高温度，反应Ⅱ的化学平衡正向移动，反应Ⅲ的化学平衡逆向移动，T<Tm时，升高温度使反应Ⅱ平衡正向移动的程度更大，n(H2)：n(CO)增大。 (4)A项，Pd膜只允许H2通过，不允许CO2通过，对气体分子的透过具有选择性，A正确；B项，过程2正反应的活化能远小于逆反应的活化能，说明ΔH<0，B错误；C项，加快Pb膜内H原子迁移，氢原子浓度减小，平衡H22H正向移动，有利于H2的解离，C正确；D项，Pd膜能选择性地分离出H2，降低了氢气的浓度，促使该反应的化学平衡正向移动，转化率增大，D错误；故选BD。 (5)①电解时CO失电子发生氧化反应，则左侧为阳极，右侧为阴极，阴极上是氢离子得电子生成氢气，因此固体电解质应该允许氢离子通过，采用质子导体。②同温同压下，相同时间内，若进口I处n(CO)：n(H2O)=a：b，出口I处气体体积为进口I处的y倍，设CO转化率为x，列出三段式： 出口I处气体为CO、H2O和CO2，总物质的量为(a-ax)mol+(b-ax)mol+axmol=(a+b-ax)mol，进口I处的气体体积为(a+b)mol，出口I处气体体积为进口I处的y倍，即，解得，CO的转化率为。 11．(浙江省慈溪市2023-2024学年高二下学期期末)环氧乙烷()常用于医用消毒，也广泛应用于洗涤，制药，印染等行业。 (1)作催化剂可实现乙烯高选择性制备环氧乙烷，涉及反应如下： 主反应： 副反应： ①已知，则的燃烧热 。 ②以上过程反应机理如下： 反应Ⅰ： 慢 反应Ⅱ： 快 反应Ⅲ： 快 结合反应机理，一定能够提高主反应的反应速率的措施有 (填标号)。 A．增大CH2=CH2浓度 B．增大O2浓度 C．升高温度 D．通入氦气 ③加入1，2-二氯乙烷会发生。一定条件下，反应经过一定时间后，产率及选择性与二氯乙烷浓度关系如图。 1，2-二氯乙烷能使产率先增加后降低的原因是 。 (2)反应结束后，控制氨水浓度对失活催化剂(主要成分是AgCl)进行回收。25℃时，且Ksp(AgCl)=10-9.74。 ①则 (填数值)。 ②氨水中至少含有 molNH3才能回收1mol AgCl。 (3)用乙烯经电解制备环氧乙烷是一种高效、清洁的方法，其原理如图所示。则电解法制环氧乙烷的总化学反应方程式为： 。 【答案】(1)−1360.4 kJ/mol BC 1，2-二氯乙烷浓度低时抑制副反应，而增加主反应选择性；浓度较高时则会使催化剂失活而降低催化效果 (2)1010.46 2+10-0.36 (3) 【解析】(1)①燃烧热为1mol可燃物完全燃烧生成稳定的氧化物，则；②在反应历程中，反应慢的步骤为反应的决速步，则反应Ⅰ为主反应；A项，增大乙烯浓度会导致副反应速率加快，消耗更多氧气，氧气浓度降低，主反应速率减慢，故A错误；B项，增大氧气浓度，利于提高反应历程中慢反应速率，从而提高主反应速率，故B正确；C项，升高温度，反应速率一定加快，故C正确；D项，通入无关反应气体，可能导致反应物浓度降低，速率减慢，故D错误；故选BC；③1，2−二氯乙烷浓度低时抑制副反应，而增加主反应选择性；浓度较高时则会使催化剂失活而降低催化效果，则1，2−二氯乙烷能使产率先增加后降低； (2)①平衡常数；②根据反应可知，回收1mol氯化银需要2mol氨，该反应平衡常数为100.72，假设1L氨水含xmolNH3，则有，解得；x=2+10-0.36； (3)根据图示可知，乙烯发生氧化反应，生成环氧乙烷，则X为阳极，则Y为阴极，溶液中H+发生还原反应生成氢气，则总反应式为。 12．(浙江省温州市十校2023-2024学年高二下学期期末)2023年9月杭州亚运会开幕式首次使用废碳再生的绿色甲醇作为主火炬塔燃料，实现循环内的零排放，助力打造首届碳中和亚运会。在CO2加氢合成甲醇的体系中，同时存在以下反应： 反应ⅰ：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH1＝-48.7kJ·mol−1 反应ⅱ：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH2＝+41kJ·mol−1 (1)反应ⅲ：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)的ΔH3= 。 (2)在CO2加氢合成甲醇的体系中，下列说法不正确的是________(填序号)。 A．体系达平衡后，若压缩体积，反应ⅰ平衡正向移动，反应ⅱ平衡不移动 B．若气体的平均相对分子质量不变，说明反应ⅰ、ⅱ都已达平衡 C．若在绝热恒容容器，反应ⅰ的平衡常数K保持不变，说明反应ⅰ、ⅱ都已达平衡 D．选用合适的催化剂可以提高甲醇在单位时间内的产量 (3)某温度下，向容积恒为1L的密闭容器中通入1molCO2(g)、5molH2(g)，后体系达到平衡，此时CO2的转化率为20%，CH3OH的选择性为。 已知：CH3OH的选择性： ①内CO2的平均消耗速率 。 ②反应ⅰ的平衡常数K= (写出计算式即可)。 (4)维持压强、投料比和反应时间不变，将CO2和H2按一定流速通过反应器，CO2的转化率和甲醇的选择性随温度变化的关系如图所示。已知催化剂活性随温度影响变化不大，结合反应ⅰ和反应ⅱ，分析下列问题： ①甲醇的选择性随温度升高而下降的原因 ； ②CO2的转化率随温度升高也下降的可能原因是 。 (5)一种基于铜基金属簇催化剂电催化还原CO2制备甲醇的装置如下图所示。 b电极生成CH3OH的电极反应式为 。 【答案】(1) -89.7k/mol (2)A (3) (4) 反应ⅰ为放热反应，反应ⅱ为吸热反应，温度升高反应ⅰ平衡逆向移动，反应ⅱ平衡正向移动 温度升高对反应ⅰ中CO2转化率降低的影响大于对反应ⅱ中CO2转化率升高的影响 (5) CO2+6H++6e-=CH3OH＋H2O 【解析】利用盖斯定律将ⅰ-ⅱ=iii，即可计算出△H3的数值。绝热恒容容器，反应未达平衡时能量的变化使得体系温度变化，只有达到平衡时体系温度不变，平衡常数不变。，反应涉及到的都是气体，气体的总质量不变；反应i是气体体积减小的反应，反应ii是气体体积不变的反应，则气体的总物质的量是个变化的量，所以M是个变化的量，当M不变时反应达到了平衡，所以气体的平均相对分子质量保持不变，说明反应体系已达平衡。 (1)根据盖斯定律ⅰ-ⅱ=iii，△H3=△H1-△H2=-48.7kJ/mol-(+41kJ/mol)=-89.7kJ/mol； (2)A项，体系达平衡后，若压缩体积，相当于增大压强，则反应i平衡正向移动，会使反应i中CO2和H2量减小，H2O量增大，反应ii的化学平衡逆向移动， A错误；B项，根据质量守恒，混合气体的质量不变，反应i是气体体积减小的反应，反应ii是气体体积不变的反应，则气体的总物质的量随着反应进行减小，气体的平均相对分子质量增大，当气体的平均相对分子质量保持不变，说明反应体系已达平衡，B正确；C项，绝热恒容容器，反应未达平衡时能量的变化使得体系温度变化，只有达到平衡时体系温度不变，平衡常数不变。绝热恒容容器，当反应ⅰ的平衡常数K保持不变说明反应ⅰ、ⅱ都已达平衡， C正确；D项，选用合适的催化剂可以加快反应速率，从而提高CH3OH在单位时间内的产量，D正确；故选A； (3)①0 ~10 min，CO2的转化率为20%，则△n(CO2)=1mol×20%=0.2mol，用CO2表示0 ~10 min内平均反应速率v(CO2)=； ②某温度下，向容积为1 L的密闭容器中通入1 mol CO2(g)和5 mol H2(g)，10 min后体系达到平衡，此时CO2的转化率为20%，则消耗的n(CO2)=1mol×20%=0.2mol，CH3OH的选择性为50%，则转化为CH3OH的n(CO2)=0.2mol×50%=0.1mol。平衡时n(CO2)=01-0.2=0.8mol，n(H2)=5mol-0.4mol=4.6mol，n(CH3OH)=0.1mol，n(H2O)=0.2mol，容器容积为1 L，c(CO2)=0.8mol/L，c(H2)=4.6mol/L，c(CH3OH)=0.1mol/L，c(H2O)=0.2mol/L，反应i的平衡常数K=； (4)反应i为放热反应，升高温度，化学平衡逆向移动，反应ii为吸热反应，升高温度平衡正向移动，所以甲醇的选择性随温度升高而下降；反应i为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，二氧化碳的转化率降低，反应ii为吸热反应，升高温度平衡正向移动，二氧化碳的转化率上升，但温度升高对反应i中二氧化碳的转化率降低的影响大于反应ii中二氧化碳的转化率的促进作用，所以二氧化碳的转化率随温度升高也在下降； (5)B极是阴极，发生还原反应，CO2在酸性条件下得电子生成甲醇，电极反应式为：CO2+6H++6e-=CH3OH＋H2O。 13．(浙江省宁波市九校2023-2024学年高二下学期期末)为防治环境污染，科研人员对氮氧化物做了大量研究。 I．汽油燃油车上安装三元催化转化器，可以使CO和NO两种尾气反应生成N2，可有效降低汽车尾气污染。 (1)已知：①N2(g)＋O2(g)=2NO(g) ΔH1＝+180.5kJ·mol−1 ②CO(g)1/2O2(g)+C(s) ΔH2＝+110.5kJ·mol−1 ③C(s) +O2(g) CO2(g) ΔH3＝-393.5kJ·mol−1 则反应④2NO(g)＋2CO(g)2CO2(g)＋N2(g) ΔH4= kJ•mol-1 (2)反应④在低温下反应速率极慢，平衡常数极大。为了提高反应速率，科研人员研究了相同投料比、相同时间内不同催化剂对该反应脱氮率(NO的转化率)的影响，实验结果如图所示。 250℃下宜选用的催化剂是 。(填“Cat-1”或“Cat-2”)。 II．一定条件下NO2与SO2可发生反应⑤：2NO2(g)＋4SO2(g)4SO3(g)＋N2(g) ΔH5将一定量的NO2与SO2置于密闭容器中发生反应，在相同时间内测得SO3的物质的量分数与温度的变化曲线如图1所示。SO2的平衡转化率与压强、温度及氮硫比的关系如图2所示。 (3)下列说法正确的是___________。 A．ΔH5＜0 B．由图1可知适宜温度为400℃左右 C．p1＞p2 D．不断移除SO3，可提高反应速率及SO2的转化率 (4)请在图1中画出平衡时SO3的物质的量分数随温度的变化曲线 。 (5)温度为TK，设压强恒定为则平衡常数Kp= Mpa-1(对于气相反应，用组分B的平衡压强p(B)代替物质的量浓度c(B)也可表示平衡常数，记作Kp，如p为平衡总压强，x(B)为平衡时B的物质的量分数)。 III．某科研机构研发的氮氧化物废气(主要为NO)-空气燃料电池的工作原理如图所示。 (6)b极的电极反应式为 。 【答案】(1)-746.5 (2)Cat-1 (3)AB (4) (5)2.75或 (6) NO+2H2O-3e-=NO3-+4H+ 【解析】(1)根据盖斯定律，④=2×②-①+2×③，ΔH4=2ΔH2-ΔH1+2ΔH3=2×110.5-180.5+2×(-393.5)=-746.5 kJ·mol−1 。 (2)由图可知，250℃时，Cat-1平衡脱氮率较高。 (3)A项，反应达到平衡后，温度升高，SO3的物质的量分数逐渐减小，平衡左移，所以ΔH5＜0，A正确；B项，由图可知，温度为400℃左右时，SO3的物质的量分数最大，B正确；C项，反应⑤正反应为气体体积减小的反应，当m和温度都相等时，增大压强，平衡右移，SO2的平衡转化率增大，所以p1＞p2，当压强和温度相等时，增大m，相当于增大二氧化氮浓度，平衡右移，SO2的平衡转化率增大，所以m1＜m2，C错误；D项，不断移除SO3，可提高SO2的转化率，但不能提高反应速率，D错误；故选AB。 (4)由图1可知，该反应正反应为放热反应，温度升高，SO3的物质的量分数逐渐减小，图1中曲线后半段下降趋势线表示反应达到平衡，所以曲线应与后半段重叠。 (5)氮硫比m=1：2，设n(NO2)=1mol，n(SO2)=2mol，由图2可知，温度为TK时，SO2的平衡转化率为50%，则根据题目列三段式： 平衡时n(总)=0.5+1+0.25+1=2.75mol，。 (6)原电池正极发生还原反应，负极发生氧化反应，所以a电极为正极，b电极为负极，b极的电极反应式为NO+2H2O-3e-=NO3-+4H+。 14．(浙江省新力量联盟2023-2024学年高二下学期期末)Ⅰ、在恒容的密闭容器中充入、，发生氧化反应：2NO(g)+ O2(g)2NO2(g) ΔH。保持其它条件不变，控制反应温度分别为和，测得达到不同转化率需要的时间如表所示： 50% 90% 98% 30℃ 12s 250s 2830s 90℃ 25s 510s 5760s 氧化反应分两步进行： ①2NO(g)N2O2(g) ΔH1，K1 ②N2O2(g) + O2(g)(g)2NO2(g) ΔH2，K2 其反应过程能量变化如图所示： 结合图表分析，回答下列问题： (1)决定氧化反应速率的步骤是 (填“反应①”或“反应②”)。 (2)总反应的平衡常数与K1、K2的计算关系是 。 (3)温度越高，达到相同的转化率耗时越长的原因可能是 。 Ⅱ、利用CO2和H2合成甲醇，涉及的主要反应如下： 反应a：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH＜0 反应b：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH＝+40.9kJ·mol−1 回答下列问题： (4)一定条件下，在容积为的密闭容器中充入nmolCO2(g)、3nmolH2(g)，反应达到平衡时，下列措施中一定能等同时满足增大CH3OH的含量和提高CO2转化率的是_____。 A．使用高效催化剂 B．升高反应温度 C．将容器体积缩小为 D．维持体积不变，补充CO2 (5)在恒容密闭容器中通入2molCO2(g)、6.28molH2(g)，选择合适的催化剂发生反应，甲醇的选择率(生成甲醇的CO2占CO2总转化量的物质的量分数)和CO2的平衡转化率随温度的变化趋势如图所示。 ①553K时，反应的平衡常数K= 。 ②随着温度的升高，甲醇的选择率降低，CO2的平衡转化率升高，其原因为 。 【答案】(1)反应② (2)K=K1×K2 (3)升高温度，反应①的平衡逆向移动，c(N2O2)减小，浓度降低对反应②速率的影响大于升高温度对反应②速率的影响 (4)C (5)1/135(或0.0074) 升高温度，反应a的平衡逆向移动，反应b的平衡正向移动，且反应b的移动幅度大于反应a的移动幅度，所以CO2的转化率增加，但甲醇的选择性降低。 【解析】(1)活化能越小反应速率越快，反应①的速率大于反应②，慢反应速率决定总反应速率，所以决定NO氧化反应速率的步骤是反应②。 (2)反应①= ，反应②= ，总反应， 。 (3)升高温度，反应①的平衡逆向移动，c(N2O2)减小，浓度降低对反应②速率的影响大于升高温度对反应②速率的影响，所以NO达到相同的转化率耗时越长；(4)A项，使用高效催化剂，平衡不移动，CH3OH的含量不变，故不选A；B项，升高反应温度，反应a逆向移动，CH3OH的含量减小，故不选B；C项，将容器体积缩小为，压强增大，反应速率加快，反应a正向移动，CH3OH的含量增大，故选C；D项，维持体积不变，补充CO2，反应物浓度增大，反应速率加快，CO2的转化率减小，故不选D；故选C。 (5)①553K时，二氧化碳的平衡转化率为20%，甲醇的选择率为60%，则参与反应a的二氧化碳为0.24mol，参与反应b的二氧化碳为0.16mol，反应a消耗0.72mol氢气、生成0.24mol甲醇和0.24mol水，反应b消耗0.16mol氢气、生成0.16molCO和0.16mol水。平衡时，容器中二氧化碳的物质的量为1.6mol、氢气的物质的量为(6.28-0.72-0.16)=5.4mol、CO的物质的量为0.16mol、水的物质的量为(0.24+0.16)=0.4mol，反应b的平衡常数。②升高温度，反应a的平衡逆向移动，反应b的平衡正向移动，且反应b的移动幅度大于反应a的移动幅度，所以CO2的转化率增加，但甲醇的选择性降低。 5 / 35 学科网（北京）股份有限公司 $$ 专题11 化学反应原理综合应用 内容概览 考向1 二氧化碳资源综合利用 考向2 其它能源综合利用 考向1二氧化碳资源综合利用 1．(浙江省嘉兴市2023-2024学年高二下学期期末)二氧化碳(CO2)作为一种生产高价值燃料和化学品的可再生碳源，将其催化转化为甲烷是减少温室气体排放的一项战略。二氧化碳加氢制甲烷过程中主要反应为： 反应I：CO2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋2H2O(g) ΔH1＝-167.4kJ·mol−1 反应II：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH2＝+41.2kJ·mol−1 反应III：2CO(g)＋2H2(g)CO2(g)＋CH4(g) ΔH3 请回答： (1)反应I能自发进行的条件是 ；ΔH3= kJ/mol。 (2)向恒压密闭容器中通入1mol CO2和4mol 平衡时CH4、CO、CO2的物质的量随温度的变化如图1所示。下列说法正确的是___________。 A．图中曲线B表示CO的物质的量随温度的变化 B．提高CO2转化为CH4的转化率，需要研发在低温区高效的催化剂T/℃ C．当容器中混合气体密度不再变化时，说明反应到达平衡状态 D．若提高初始投料比n(CO2)：n(H2)，CO2平衡转化率提高 (3)二氧化碳在Mn-Ni系催化剂作用下甲烷化的某种反应机理如图2所示，CO2在催化剂表面经历吸附-转化-脱附的过程。某研究组在温度T=275℃、压力=0.1MPa、原料气n(CO2)：n(H2)=4的实验条件下，探究了气体空速(WHSV：单位时间通过单位体积催化剂的气体量)对该反应的影响，结果如图3所示。请说明随反应空速增大CO2转化率减小的原因 。 (4)在多晶Cu催化下，CO2电催化转化为CH4的工作原理如图4所示。该装置中需持续通入CO2并控制温度在10℃，使CO2优先于H+放电 ①其中多晶铜电极上的电极反应式为 。 ②请说明该装置中不使用阳离子交换膜的原因 。 2．(浙江省宁波市2023-2024学年高二下学期期末)研究CO2的综合利用，对实现“碳达峰”和“碳中和”具有重要意义。请回答： (1)一定条件下，二氧化碳和甲烷重整可制合成气(CO、H2)，相关热化学方程式如下： Ⅰ：H4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g) ΔH1 Ⅱ：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH2＝+41kJ·mol−1 Ⅲ：CH4(g)2H2(g)+C(s) ΔH3＝+74.9kJ·mol−1 Ⅳ：2CO(g)CO2(g)+C(s) ΔH4＝-172.4kJ·mol−1 1 ΔH1= kJ·mol−1。 2 ②下列说法正确的是 。 A．升高温度，有利于提高二氧化碳的转化速率 B．积碳能使催化剂失活，选择合适的温度可以降低催化剂积碳的速率 C．增大压强，有利于提高平衡时合成气的产率 D．增大n(CO2)：n(CH4)的值，有利于提高n(H2)：n(CO) ③在一定条件下，CO2和CH4在容器中发生以上反应，平衡时n(CO)：n(H2)与反应温度(T)的关系如图所示，700℃之后，n(CO)：n(H2)逐渐减小的原因是 。 ④T℃时，等物质的量CO2和CH4在压强为p kPa的恒压容器中只发生反应Ⅰ，CO2体积分数()随时间(t)的变化曲线如图所示。此反应化学平衡常数Kp= 。［对于气相反应，用某组分B的平衡压强代替物质的量浓度也可表示平衡常数，记作Kp，如，p为平衡总压强，为平衡系统中B的体积分数］。其他条件相同，若反应在起始压强为p kPa的恒容容器中发生，请在图中画出体积分数(q)随时间(t)的变化曲线 (只作定性描述，无需计算平衡时CO2体积分数)。 (2)研究表明，利用电催化技术，在常温下可以将CO2和N2转化为尿素，电解原理如图所示，阴极的电极反应式是 。 3．(浙江省衢州市2023-2024学年高二下学期期末)实现碳中和已经成为全球广泛共识，化学学科在此过程中发挥着至关重要作用 (1)CO2加氢可制备甲酸(HCOOH)。 ①工业上利用甲酸的能量关系转换图如图所示： 反应CO2(g)＋H2(g)HCOOH(g)的焓变ΔH= kJ•mol-1。 ②温度为T1℃℃时，将物质的量均为1mol的CO2和H2充入体积为1L的恒容密闭容器中发生反应：CO2(g)＋H2(g)HCOOH(g) K=2，达到平衡时CO2的转化率为 。已知：，，、为速率常数。℃达到平衡时，则 (填“>”、“<”或“=”)。 (2)二甲醚(DME)是一种重要的化工原料，可以通过CO2制备得到。方法如下： Ⅰ．2CO2(g)＋6H2(g)CH3OCH3(g)＋3H2O(g) ΔH1＝-122.4kJ·mol−1 伴随副反应： Ⅱ．CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH2＝+41.2kJ·mol−1 恒压条件下，在密闭容器中制备二甲醚。按照n(CO2)：n(H2)=1：3投料，CO2的平衡转化率和CO、CH3OCH3的选择性随温度变化如图所示。 ①下列说法正确的是 。 A．当反应达到平衡时，n(CO2)：n(H2)=1：3 B．曲线①表示二甲醚的选择性 C．温度越低越有利于工业生产二甲醚 D．工业上引入催化剂是为了降低反应Ⅰ的ΔH1从而加快反应速率 ②在200~350℃的范围内，CO2的平衡转化率出现如图所示变化的原因： 。 4．(浙江省绍兴市2023-2024学年高二下学期期末调测)将CO2转化成可利用的化学能源的“负碳”技术是减少碳排放的重要途径。 方法I：二氧化碳催化加氢制甲醇CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)。该反应一般认为通过如下步骤来实现： ①CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH1＝+41kJ·mol−1 ②CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH2＝-99kJ·mol−1 (1)总反应的ΔH= kJ·mol−1。 (2)反应①的平衡常数为K1，反应②的平衡常数为K2，则总反应的平衡常数为K= (用含K1、K2的式子表示)。 (3)下列关于二氧化碳加氢制甲醇的说法不正确的是___________。 A．图1中能正确反映总反应平衡常数K随温度变化关系的曲线为a B．体系中的CO2平衡转化率(a)与温度和压强的关系如图2所示，则压强最大的为p1 C．反应达平衡后，在恒温恒容条件下充入一定量的N2，体系压强增大，反应速率加快 D．选择合适的催化剂能提高CO2的平衡转化率 方法II：CO2电解法制甲醇。利用电解原理，可将CO2转化为CH3OH，其装置如图所示： (4) TiO2电极上电极反应方程式： 。 方法III：CH4超干重整CO2得到的CO经偶联反应可制得 (草酸)。 (5)在水溶液中H2C2O4、HC2O4-和C2O42-物质的量分数pH关系如图所示，则c点(1、3两条线的交点)溶液pH= 。 5．(浙江省台州市2023-2024学年高二下学期期末)CO2过度排放会造成气候、环境问题，在特定催化剂下，CO2和H2可发生反应生成CH3OH和，热化学方程式如下： 反应I：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH＝-50kJ·mol−1 反应II：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH1＝+41.2kJ·mol−1 (1)已知：2CO(g)＋O2(g)2CO2(g) ΔH＝-566kJ·mol−1 H2O(g)=H2O(l) ΔH＝-44kJ·mol−1 写出表示H2燃烧热的热化学方程式： 。 (2)在一定温度下，将1molCO2(g)和3molH2(g)充入体积为1L的恒容密闭容器中，容器起始压强为p，仅发生反应I，回答下列问题： ①反应I在低温下可自发进行的原因是 。 ②已知平衡常数可用反应体系中的气体分压代替浓度表示，分压=总压×物质的量分数。若该反应平衡后混合气体的压强变为0.75p，则该温度下反应的化学平衡常数Kp为 。(用含p的计算式化简后表示) ③一定温度下H2和CO2的物质的量之比为n：1，相应平衡体系中CH3OH的物质的量分数为y，请在下图中绘制y随n变化的示意图 。 (3)有研究表明，5MPa气压下经催化，H2的含水蒸气量与CO2平衡转化率、甲醇平衡产率的关系如图1、图2所示： ①下列说法不正确的是 。 A．其他条件不变，增大H2含水蒸气的量一定可以使反应I的平衡逆移，CO2平衡浓度增大 B．H2中的水蒸气在高温下可以作为反应的热源，有利于反应I的速率加快 C．图1中450℃下的图像变化说明高温下H2含水蒸气量增大不利于甲醇生成 D．改用活性更好的催化剂能使图2中各温度下的甲醇产率都增大 ②图2中260℃时甲醇产率变化趋势与220、240℃时相反，请从温度与水蒸气含量的角度对此作出合理的解释 。 6．(浙江省温州市环大罗山联盟2023-2024学年高二下学期期末)我国力争于2030年前做到碳达峰，2060年前实现碳中和。资源化利用碳氧化合物能有效减少排放CO2，实现自然界中的碳循环。 (1)CO2的捕获是实现资源利用的重要途径。烟气中CO2的捕集可能过如下所示的物质转化实现。 “碳化”的温度不能过高的原因是 。 (2)以CO2、C2H6为原料合成C2H4涉及的主要反应如下： I．CO2(g)＋C2H6(g)C2H4(g)＋CO(g)+H2O(g) ΔH＝+177kJ·mol−1 (主反应) II．C2H6(g)CH4(g)＋H2(g)＋C(s) ΔH＝+9kJ·mol−1 (副反应) 反应I的反应历程可分为如下两步： i．C2H6(g)C2H4(g)＋H2(g) ΔH1 ii．CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH2＝+41kJ·mol−1 ①ΔH1= ②0.1MPa时，向恒容密闭容器中充入物质的量之比为2：1的CO2(g)和C2H6(g)，反应物转化率与反应温度的关系如图所示。在800℃下C2H4(g)的选择性为 。 (3)CO2可制甲烷化，CO2可制甲烷化过程中，CO2活化的可能途径如图所示。CO是CO2活化的优势中间体，可能的原因是 。 (4)CO2和H2催化合成CH4。主要发生反应为：CO2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋2H2O(g)，一定温度和压强下，将一定比例CO2和H2分别通过装有两种不同催化剂的反应器，反应相同时间，测得CO2转化率随温度变化情况下如图。 下列说法不正确的是___________。 A．该反应ΔH＜0，在低温下能自发进行 B．若增大体系压强，可提高活化分子百分数，使反应速率加快 C．高于320℃后，用Ni作催化剂，CO2转化率明显上升，其可能原因是Ni催化剂活性随温度升高而增大，与温度升高共同使化学反应速率迅速增大 D．由图可知，工业生产中用Ni-GeO2作催化剂优于用Ni作催化剂 考向2 其它能源综合利用 7．(浙江省舟山市2023-2024学年高二下学期期末)氢能为清洁能源，为应对气候变化全球掀起了氢能发展热潮，制备氢气有多种途径。 Ⅰ．乙酸制氢过程发生如下反应： 反应Ⅰ：CH3COOH(g)2CO(g)＋2H2(g) 反应Ⅱ：CH3COOH(g)CH4(g)＋CO2(g) (1)已知反应： ①由图可得，ΔH= kJ·mol−1。 ②恒温恒容下发生上述反应，下列说法正确的是 。 A．混合气体密度不变时，反应达到平衡  B．加入CO2，可提高CH4的转化率 C．加入催化剂，可提高H2的平衡产率 D．充入Ar，对H2的产率不产生影响 (2)在容积相同的密闭容器中，加入等量乙酸蒸气(只发生反应Ⅰ和Ⅱ)，在相同时间测得温度与气体产率的关系如图所示。约650℃之前，氢气产率低于甲烷的可能原因是 。 (3)在一定条件下，投入一定量的乙酸，发生反应Ⅰ和反应Ⅱ．设达到平衡时体系总压强为p，乙酸体积分数为20％，反应Ⅰ的选择性为20％，则反应Ⅱ的平衡常数Kp为 。(用平衡分压代替平衡浓度计算) Ⅱ．热分解也可制氢，其原理是：。 (4)不同温度和压强下，H2S的平衡转化率变化如下图。生成物的状态为 (填“气态”或“非气态”)， (填“>”或“<”)。 8．(浙江省金华市2023-2024学年高二下学期期末)甲烷和甲醇是工业上重要的资源，甲烷能通过重整反应得到氢气，以甲醇为燃料的燃料电池有良好的应用前景。 (1) CH4与CO2重整的主要反应为： 反应Ⅰ：CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g) ΔH1＝+246.5kJ·mol−1 反应Ⅱ：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH2＝+41.2kJ·mol−1 反应Ⅲ：2CO(g)CO2(g)+C(s) ΔH＝-172.5kJ·mol−1 在CH4与CO2重整体系中通入适量H2O(g)，可减少C(s)的生成，反应2CH4(g)＋3H2O(g)CO(g)＋CO2(g)＋7H2(g)的ΔH＝ kJ·mol−1。 (2)工业上常用甲烷和水蒸气重整制备氢气，在一定温度下，向体积固定的密闭容器中通入1mol CH4和1mol H2O，起始压强为0.2MPa，体系中发生如下反应： 反应Ⅳ：CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)； 反应Ⅴ：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)。 ①下列说法正确的是 。 A．氢气的体积分数肯定小于75% B．加入催化剂能提高CH4(g)平衡转化率 C．平衡时向容器中充入惰性气体，反应Ⅳ平衡正向移动 D．反应体系中气体相对分子质量不变时到达化学平衡状态 ②该条件下，反应达平衡时H2O(g)的转化率80%，CO(g)的物质的量为0.4mol，则反应Ⅳ的平衡常数Kp= (以分压表示，分压总压物质的量分数)。 ③向反应体系中加入适量多孔CaO，其优点是 。 (3)甲醇燃料电池已经广泛应用于生活中。 ①在允许自由迁移的固体电解质燃料电池中，甲醇放电的电极反应式为 。 ②甲醇燃料电池中，吸附在催化剂表面的甲醇分子逐步脱氢得到CO，四步可能脱氢产物及其相对能量如图，则最可行途径为a→b→ →j(用b~j等代号表示)。 9．(浙江省杭州市2023-2024学年高二下学期期末)(一)杭州亚运会主火炬的燃料被称为是“零碳甲醇”，即从生产甲醇到燃烧甲醇，产生、消耗的二氧化碳量实现完全中和。 (1)已知： H2(g) CH3OH(1) 燃烧热H(kJ•mol-1) -285.8 -726.5 “零碳甲醇”可通过以下总反应合成，该反应的△H= kJ/mol。 CO2(g)+3H2(g)CH3OH(l)+H2O(l) (2)某温度下，向容积固定为0.5L的密闭容器中通入2molCO2与4molH2，发生反应CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)，平衡时CO2的转化率为50%，不考虑副反应，该反应的平衡常数K= 。 (二)在恒压5MPa、投料比n(CO2)：n(H2)=1：3时发生反应I和Ⅱ。 I．CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH=-49.3kJ/mol Ⅱ．CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH=+41.2kJ/mol 某研究小组探究两组催化剂(CZA-1与CZA-2)在相同时间内对合成甲醇的影响，实验结果如图1和2所示。(CH3OH选择性=，CH3OH产率=) (3)下列说法正确的是_________。 A．降低温度能提高CH3OH的平衡产率 B．增大压强能提高CO2的平衡转化率 C．CZA-1的催化效率高于CZA-2 D．增大n(CO2)：n(H2)的投料比一定能提高CO2的转化率 (4)使用CZA-2催化剂，温度高于240℃时，CO2转化率升高但甲醇选择性下降的原因是 。 (5)在图3中画出使用CZA-1催化剂时，CH3OH产率随温度变化的趋势 。 10．(浙江省湖州市2023-2024学年高二下学期期末)CH4、和H2是重要的化工原料气，在某体系中存在如下转化： 反应I：CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g) ΔH1＝+247.3kJ·mol−1 反应Ⅱ：CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g) ΔH2＝+205.9kJ·mol−1 反应III：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) ΔH3 (1) ΔH3= kJ/mol。 (2)一定条件下，反应Ⅰ中CH4的平衡转化率随温度、压强的如图所示。A、B、C三点处对应平衡常数KA、KB、KC的大小关系为 。 (3)不同温度下，向密闭容器中按照n(CO2)：n(CH4)：n(H2O)=1：1：1投料，实验测得平衡时n(H2)：n(CO)随温度的变化关系如图所示。 ①压强p1、p2、p3由大到小的顺序为 。 ②压强为p2时，在温度Tm前后n(H2)：n(CO)的比值随温度升高先增大后减小，其中升高的原因是 。 (4)反应III常在Pd膜反应器中进行，其工作原理如图所示。 某温度下，H2在Pd膜表面上的解离过程存在如下平衡：H2(g)2H(吸附态)，其正反应的活化能远小于逆反应的活化能。下列说法不正确的是______。 A．Pd膜对气体分子的透过具有选择性 B．过程2的ΔH＞0 C．加快Pd膜内原子迁移有利于H2的解离 D．Pd膜能选择性分离出H2，但不能改变平衡常数和平衡转化率 (5)反应Ⅲ也可采用电化学方法实现，反应装置如图所示。 ①固体电解质采用 (填“氧离子导体”或“质子导体”)。 ②同温同压下，相同时间内，若进口I处n(CO)：n(H2O)= a：b，出口I处气体体积为进口I处的倍，则的转化率为 (用a，b，表示。该条件下水为气态)。 11．(浙江省慈溪市2023-2024学年高二下学期期末)环氧乙烷()常用于医用消毒，也广泛应用于洗涤，制药，印染等行业。 (1)作催化剂可实现乙烯高选择性制备环氧乙烷，涉及反应如下： 主反应： 副反应： ①已知，则的燃烧热 。 ②以上过程反应机理如下： 反应Ⅰ： 慢 反应Ⅱ： 快 反应Ⅲ： 快 结合反应机理，一定能够提高主反应的反应速率的措施有 (填标号)。 A．增大CH2=CH2浓度 B．增大O2浓度 C．升高温度 D．通入氦气 ③加入1，2-二氯乙烷会发生。一定条件下，反应经过一定时间后，产率及选择性与二氯乙烷浓度关系如图。 1，2-二氯乙烷能使产率先增加后降低的原因是 。 (2)反应结束后，控制氨水浓度对失活催化剂(主要成分是AgCl)进行回收。25℃时，且Ksp(AgCl)=10-9.74。 ①则 (填数值)。 ②氨水中至少含有 molNH3才能回收1mol AgCl。 (3)用乙烯经电解制备环氧乙烷是一种高效、清洁的方法，其原理如图所示。则电解法制环氧乙烷的总化学反应方程式为： 。 12．(浙江省温州市十校2023-2024学年高二下学期期末)2023年9月杭州亚运会开幕式首次使用废碳再生的绿色甲醇作为主火炬塔燃料，实现循环内的零排放，助力打造首届碳中和亚运会。在CO2加氢合成甲醇的体系中，同时存在以下反应： 反应ⅰ：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH1＝-48.7kJ·mol−1 反应ⅱ：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH2＝+41kJ·mol−1 (1)反应ⅲ：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)的ΔH3= 。 (2)在CO2加氢合成甲醇的体系中，下列说法不正确的是________(填序号)。 A．体系达平衡后，若压缩体积，反应ⅰ平衡正向移动，反应ⅱ平衡不移动 B．若气体的平均相对分子质量不变，说明反应ⅰ、ⅱ都已达平衡 C．若在绝热恒容容器，反应ⅰ的平衡常数K保持不变，说明反应ⅰ、ⅱ都已达平衡 D．选用合适的催化剂可以提高甲醇在单位时间内的产量 (3)某温度下，向容积恒为1L的密闭容器中通入1molCO2(g)、5molH2(g)，后体系达到平衡，此时CO2的转化率为20%，CH3OH的选择性为。 已知：CH3OH的选择性： ①内CO2的平均消耗速率 。 ②反应ⅰ的平衡常数K= (写出计算式即可)。 (4)维持压强、投料比和反应时间不变，将CO2和H2按一定流速通过反应器，CO2的转化率和甲醇的选择性随温度变化的关系如图所示。已知催化剂活性随温度影响变化不大，结合反应ⅰ和反应ⅱ，分析下列问题： ①甲醇的选择性随温度升高而下降的原因 ； ②CO2的转化率随温度升高也下降的可能原因是 。 (5)一种基于铜基金属簇催化剂电催化还原CO2制备甲醇的装置如下图所示。 b电极生成CH3OH的电极反应式为 。 13．(浙江省宁波市九校2023-2024学年高二下学期期末)为防治环境污染，科研人员对氮氧化物做了大量研究。 I．汽油燃油车上安装三元催化转化器，可以使CO和NO两种尾气反应生成N2，可有效降低汽车尾气污染。 (1)已知：①N2(g)＋O2(g)=2NO(g) ΔH1＝+180.5kJ·mol−1 ②CO(g)1/2O2(g)+C(s) ΔH2＝+110.5kJ·mol−1 ③C(s) +O2(g) CO2(g) ΔH3＝-393.5kJ·mol−1 则反应④2NO(g)＋2CO(g)2CO2(g)＋N2(g) ΔH4= kJ•mol-1 (2)反应④在低温下反应速率极慢，平衡常数极大。为了提高反应速率，科研人员研究了相同投料比、相同时间内不同催化剂对该反应脱氮率(NO的转化率)的影响，实验结果如图所示。 250℃下宜选用的催化剂是 。(填“Cat-1”或“Cat-2”)。 II．一定条件下NO2与SO2可发生反应⑤：2NO2(g)＋4SO2(g)4SO3(g)＋N2(g) ΔH5将一定量的NO2与SO2置于密闭容器中发生反应，在相同时间内测得SO3的物质的量分数与温度的变化曲线如图1所示。SO2的平衡转化率与压强、温度及氮硫比的关系如图2所示。 (3)下列说法正确的是___________。 A．ΔH5＜0 B．由图1可知适宜温度为400℃左右 C．p1＞p2 D．不断移除SO3，可提高反应速率及SO2的转化率 (4)请在图1中画出平衡时SO3的物质的量分数随温度的变化曲线 。 (5)温度为TK，设压强恒定为则平衡常数Kp= Mpa-1(对于气相反应，用组分B的平衡压强p(B)代替物质的量浓度c(B)也可表示平衡常数，记作Kp，如p为平衡总压强，x(B)为平衡时B的物质的量分数)。 III．某科研机构研发的氮氧化物废气(主要为NO)-空气燃料电池的工作原理如图所示。 (6)b极的电极反应式为 。 14．(浙江省新力量联盟2023-2024学年高二下学期期末)Ⅰ、在恒容的密闭容器中充入、，发生氧化反应：2NO(g)+ O2(g)2NO2(g) ΔH。保持其它条件不变，控制反应温度分别为和，测得达到不同转化率需要的时间如表所示： 50% 90% 98% 30℃ 12s 250s 2830s 90℃ 25s 510s 5760s 氧化反应分两步进行： ①2NO(g)N2O2(g) ΔH1，K1 ②N2O2(g) + O2(g)(g)2NO2(g) ΔH2，K2 其反应过程能量变化如图所示： 结合图表分析，回答下列问题： (1)决定氧化反应速率的步骤是 (填“反应①”或“反应②”)。 (2)总反应的平衡常数与K1、K2的计算关系是 。 (3)温度越高，达到相同的转化率耗时越长的原因可能是 。 Ⅱ、利用CO2和H2合成甲醇，涉及的主要反应如下： 反应a：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH＜0 反应b：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH＝+40.9kJ·mol−1 回答下列问题： (4)一定条件下，在容积为的密闭容器中充入nmolCO2(g)、3nmolH2(g)，反应达到平衡时，下列措施中一定能等同时满足增大CH3OH的含量和提高CO2转化率的是_____。 A．使用高效催化剂 B．升高反应温度 C．将容器体积缩小为 D．维持体积不变，补充CO2 (5)在恒容密闭容器中通入2molCO2(g)、6.28molH2(g)，选择合适的催化剂发生反应，甲醇的选择率(生成甲醇的CO2占CO2总转化量的物质的量分数)和CO2的平衡转化率随温度的变化趋势如图所示。 ①553K时，反应的平衡常数K= 。 ②随着温度的升高，甲醇的选择率降低，CO2的平衡转化率升高，其原因为 。 21 / 21 学科网（北京）股份有限公司 $$