【題目】催化還原CO2是解決溫室效應及能源問題的重要手段之一,研究表明,在Cu/ZnO催化劑存在下,CO2和H2可發(fā)生兩個平行反應,分別生成CH3OH和CO,反應的熱化學方程式如下:
CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) △H1=-53.7kJmol-1 I
CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) △H2 II
某實驗室控制CO2和H2初始投料比為1︰2.2,在相同壓強下,經(jīng)過相同反應時間測得如下實驗數(shù)據(jù):
T(K) | 催化劑 | CO2轉(zhuǎn)化率(%) | 甲醇選擇性(%) |
543 | Cat.1 | 12.3 | 42.3 |
543 | Cat.2 | 10.9 | 72.7 |
553 | Cat.1 | 15.3 | 39.1 |
553 | Cat.2 | 12.0 | 71.6 |
[備注]Cat.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:①CO和H2的標準燃燒熱分別為-283.0kJmol-1和-285.8kJmol-1。
②H2O(l)=H2O(g) △H3=+44.0kJmol-1
請回答(不考慮溫度對△H的影響):
(1)反應I的平衡常數(shù)表達式K=______;反應II的△H2=______kJmol-1.
(2)有利于提高CO2轉(zhuǎn)化為CH3OH平衡轉(zhuǎn)化率的措施有__________。
A.使用催化劑Cat.1 B.使用催化劑Cat.2
C.降低反應溫度 D.投料比不變,增加反應物的濃度
E.增大 CO2和H2的初始投料比
(3)表中實驗數(shù)據(jù)表明,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,其原因是___________________________。
(4)在如圖中分別畫出反應I在無催化劑、有Cat.1和有Cat.2三種情況下“反應過程-能量”示意圖_________。
(5)研究證實,CO2也可在酸性水溶液中通過電解生成甲醇,則生成甲醇的反應發(fā)生在______極,該電極反應式是_________。
【答案】 +41.2 CD 表中數(shù)據(jù)表明此時未達到平衡,不同的催化劑對反應I的催化能力不同,因而在該時刻下對甲醇選擇性有影響 陰 CO2+6H++6e-=CH3OH+H2O
【解析】(1)反應I的平衡常數(shù)表達式K=;由①CO和H2的標準燃燒熱分別為-283.0kJmol-1和-285.8kJmol-1以及②H2O(l)=H2O(g) △H3=+44.0kJmol-1,由蓋斯定律可得反應II的△H2=-285.8kJmol-1-(-283.0kJmol-1)+44.0kJmol-1=+41.2kJmol-1.
(2)因為CO2轉(zhuǎn)化為CH3OH的反應是一個氣體分子數(shù)減少的放熱反應,所以降溫或加壓可以使該反應的化學平衡向正反應方向移動。有利于提高CO2轉(zhuǎn)化為CH3OH平衡轉(zhuǎn)化率的措施有降低反應溫度或在投料比不變的條件下增加反應物的濃度(即增大壓強),選CD。
(3)表中實驗數(shù)據(jù)表明,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,其原因是: 表中數(shù)據(jù)表明此時未達到平衡,不同的催化劑對反應I的催化能力不同,因而在該時刻下對甲醇選擇性有影響。
(4)加入催化劑可以降低反應的活化能。由表中數(shù)據(jù)可知,Cat.2的催化效率比Cat.1高,所以反應I在無催化劑、有Cat.1和有Cat.2三種情況下“反應過程-能量”示意圖為:。
(5)電解過程中,陽極上發(fā)生氧化反應,陰極上發(fā)生還原反應。由題意知,CO2在酸性水溶液中通過電解被二氧化碳還原為甲醇,則生成甲醇的反應發(fā)生在陰極上,該電極反應式是CO2+6H++6e-=CH3OH+H2O。
科目:高中化學 來源: 題型:
【題目】下列事實不能用勒夏特列原理解釋的是
A. 氯水中有平衡:Cl2+H2OHCl+HClO,當加入AgNO3溶液后,溶液顏色變淺
B. 對CO(g)+NO2(g)CO2(g)+NO(g),平衡體系增大壓強可使顏色變深
C. 對2NO2(g)N2O4(g) △H<0, 升高溫度平衡體系顏色變深
D. SO2催化氧化成SO3的反應,往往加入過量的空氣
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科目:高中化學 來源: 題型:
【題目】氮氧化物、二氧化硫是造成大氣污染的主要物質(zhì),某科研小組進行如下研究。
(1)已知:
寫出SO2(g)與NO2(g)反應生成SO3(g)和NO(g)的熱化學方程式___________________。
(2)向容積為1L密閉容器中分別充入0.10molNO2和0.15mol SO2,在不同溫度下測定同一時刻NO2的轉(zhuǎn)化率,結果如圖所示。
①a、c兩點反應速率大小關系:υ(a)________υ(c)。(填“>”、“<”或“=”)
②溫度為T2時從反應開始經(jīng)過2min達到b點,用SO3表示這段時間的反應速率為_____________,此溫度下該反應的平衡常數(shù)為____________,若在此溫度下,保持容器的容積不變,再向容器中充入0.20molNO2和0.30mol SO2,NO2的轉(zhuǎn)化率_________________。(填“增大”、“減小”或“不變”)
③NO2的轉(zhuǎn)化率隨溫度升高先增大后減小的原因是: ____________________。
(3)常溫下用NaOH溶液吸收SO2,在吸收過程中,溶液pH隨n(SO32―)∶n(HSO3―)變化關系如下表:
n(SO32―)∶n(HSO3―) | 91∶9 | 1∶1 | 9∶91 |
pH | 8.2 | 7.2 | 6.2 |
①當吸收液呈中性時,溶液中離子濃度由大到小排列順序為______________。
②當向NaOH溶液中通入足量的SO2時,得到NaHSO3溶液,在pH為4~7之間電解,硫元素在陰極上被還原為Na2S2O4,這是電化學脫硫技術之一,寫出該陰極的電極反應式_____________。
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科目:高中化學 來源: 題型:
【題目】下列說法中,正確的是( )
A.離子化合物中一定不含共價鍵
B.分子間作用力越大,分子的熱穩(wěn)定性就越大
C.可能存在不含任何化學鍵的晶體
D.酸性氧化物形成的晶體一定是分子晶體
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科目:高中化學 來源: 題型:
【題目】工業(yè)上用含有鋁、鐵、銅的廢棄合金為主要原料制取硫酸鋁溶液、硝酸銅晶體和無水氯化鐵,其生產(chǎn)流程如圖所示。
已知:
沉淀物 | Fe(OH)3 | Cu(OH)2 |
開始沉淀的pH | 1.9 | 4.7 |
沉淀完全的pH | 3.2 | 6.7 |
(1)在濾液A中直接加入硫酸后所得到的硫酸鋁溶液中除含少量硫酸外,還一定含有的雜質(zhì)是______(填化學式)。
(2)請設計一個更合理的實驗方案由濾液A制備純凈的硫酸鋁溶液,寫出相關的兩個離子方程式______、______。
(3)將溶液C調(diào)節(jié)pH,pH的范圍是______。
A.3.2≤pH≤4.7 B.3.2≤pH<4.7 C.3.2<pH<4.7D.3.2<pH≤4.7
(4)要制得更純的Cu(NO3)2·6H2O晶體,可進行的操作是______(填操作名稱)。
(5)操作Ⅱ的具體操作是______。
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科目:高中化學 來源: 題型:
【題目】在pH=1的無色溶液中,能夠大量共存的離子組是( )
A. K+ 、Fe2+ 、Cl-、NO3- B. K+、CO32-、Na+ 、Cl-
C. Cu2+、Cl-、Ba2+ 、Na+ D. Mg2+ 、Na+、Cl-、SO42-
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