题目内容

【题目】催化还原CO2是解决温室效应及能源问题的重要手段之一。研究表明,在Cu/ZnO催化剂存在下,在CO2中通入H2,二者可发生以下两个平行反应:

反应Ⅰ CO2(g)3H2(g)CH3OH(g)H2O(g) ΔH1=-53.7 kJ·mol1

反应Ⅱ CO2(g)H2(g)CO(g)H2O(g) ΔH2=+41.2 kJ·mol1

(1)反应Ⅰ的化学平衡常数表达式是K_______________________________

(2)一定温度下,在容积可变的密闭容器中进行反应Ⅱ,不能确定上述可逆反应已达到化学平衡状态的是_____________

A.体系的体积不再发生变化   B.生成n mol CO的同时消耗n mol H2O

C.混合气的密度不再改变   D.1 mol H—H键断裂的同时断裂2 mol H—O

(3)某实验室控制一定的CO2H2初始投料比,在相同压强下,经过相同的反应时间测得如下实验数据(其中甲醇选择性是指转化的CO2中生成甲醇的百分比)

反应序号

T/K

催化剂

CO2转化率/%

甲醇选择性/%

543

Cu/ZnO纳米棒

12.3

42.3

543

Cu/ZnO纳米片

10.9

72.7

553

Cu/ZnO纳米棒

15.3

39.1

553

Cu/ZnO纳米片

12.0

71.6

①对比表中①和③可发现:同样催化剂条件下,温度升高,CO2转化率升高, 而甲醇的选择性却降低,请解释甲醇选择性降低的可能原因________________________________

②对比表中①、②可发现,在同样温度下,采用Cu/ZnO纳米片使CO2转化率降低, 而甲醇的选择性却提高,请解释甲醇的选择性提高的可能原因___________________________________________

③有利于提高CO2转化为CH3OH平衡转化率的措施有____________

a.使用Cu/ZnO纳米棒做催化剂 b.使用Cu/ZnO纳米片做催化剂

c.降低反应温度 d.投料比不变,增加反应物的浓度

e.增大CO2H2的初始投料比

(4)反应混合气体经过降温加压可分离出甲醇,剩余气体可再次充入反应器继续反应,经过多次循环往复后混合气体中CO的含量已经很高,可以在另外容器中在合适的催化剂条件下使COH2反应合成CH3OHg),写出该反应的热化学方程式:_______________________________

【答案】 AC 反应Ⅰ为生成甲醇的反应,该反应是放热反应,因此升高温度,平衡逆向进行,因此甲醇的产率减小,甲醇的选择性降低 因为在该时间段内,使用Cu/ZnO纳米片催化剂使反应Ⅰ比反应Ⅱ速率更快,因此测得该时间段内得到的甲醇较多,甲醇选择性提高 cd CO(g)2H2(g) CH3OH(g) ΔH=-94.9 kJ·mol1

【解析】

(1) 根据反应CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)及平衡常数概念书写反应Ⅰ的平衡常数表达式;

(2)结合平移状态的特征分析判断;

(3) ①反应Ⅰ是放热反应,根据温度对化学平衡的影响分析;

②使用Cu/ZnO纳米片催化剂使反应I速率增加,该时间内得到的甲醇较多,甲醇选择性提高;

③有利于提高CO2转化为CH3OH平衡转化率,需要使平衡向着正向移动,结合平衡移动原理分析;

(4) 已知:反应Ⅰ CO2(g)3H2(g)CH3OH(g)H2O(g) ΔH1=-53.7 kJ·mol1,反应Ⅱ CO2(g)H2(g)CO(g)H2O(g) ΔH2=+41.2 kJ·mol1,由盖斯定律可知:反应Ⅰ-反应Ⅱ可得CO(g)2H2(g) CH3OH(g),由此计算ΔH

(1) 根据反应ⅠCO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)可知,其平衡平衡常数表达式K=

A.恒压密闭容器中,气体的物质的量越大,体积越大,CO2(g)H2(g)CO(g)H2O(g)反应前后气体的总物质的量不发生变化,则容积始终不变,无法说明反应到达平衡,故A错误;

B.生成n mol CO的同时消耗n mol H2O,说明正逆反应速率相等,此时反应到达平衡,故B正确;

C.混合气体的质量始终不变,气体的总体积也始终不变,由可知混合气的密度始终不变,则无法说明反应到达平衡,故C错误; 

D1 mol H—H键断裂的同时断裂2 mol H—O键,说明正逆反应速率相等,此时反应到达平衡,故D正确;

故答案为AC

(3) ①同样催化剂条件下,温度升高,CO2转化率升高,而甲醇的选择性却降低的可能原因:在同样温度下,采用Cu/ZnO纳米片使CO2转化率降低;

②甲醇的选择性却提高的可能原因:因为在该时间内,使用Cu/ZnO纳米片催化剂使反应I速率增加,因此测得该时间内得到的甲醇较多,甲醇选择性提高;

a.使用Cu/ZnO纳米棒做催化剂,不影响化学平衡,则无法提高CO2转化为CH3OH平衡转化率,故a错误;

b.使用Cu/ZnO纳米片做催化剂,催化剂不影响平衡,无法提高CO2转化为CH3OH平衡转化率,故b错误;

c.该反应为放热反应,降低反应温度,平衡向着正向移动,可提高CO2转化为CH3OH平衡转化率,故c正确;

d.投料比不变,增加反应物氢气的浓度,可提高CO2转化为CH3OH平衡转化率,故d正确;

e.增大CO2H2的初始投料比,二氧化碳浓度增大,其转化率降低,故e错误;

故答案为:cd

(4) 已知:反应Ⅰ CO2(g)3H2(g)CH3OH(g)H2O(g) ΔH1=-53.7kJ·mol1,反应Ⅱ CO2(g)H2(g)CO(g)H2O(g) ΔH2=+41.2 kJ·mol1,由盖斯定律可知:反应Ⅰ-反应Ⅱ可得CO(g)2H2(g) CH3OH(g),则ΔH=(53.7 kJ·mol1)-(41.2 kJ·mol1)=94.9 kJ·mol1 COH2反应合成CH3OH(g)的热化学方程式为CO(g)2H2(g) CH3OH(g) ΔH=-94.9 kJ·mol1

练习册系列答案
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已知:部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见下表:

沉淀物

Fe(OH)3

Fe(OH)2

Al(OH)3

开始沉淀

2.3

7.5

3.4

完全沉淀

3.2

9.7

4.4

回答下列问题:

1)加入少量NaHCO3的目的是调节pH_____________________范围内。

2)反应中加入NaNO2的目的是氧化亚铁离子,写出该反应的离子方程式为_____________________________________________________________

3)碱式硫酸铁溶于水后生成的Fe(OH)2+离子可部分水解生成Fe2(OH)42+ 聚合离子,该水解反应的离子方程式为_________________________________

4)在医药上常用硫酸亚铁与硫酸、硝酸的混合液反应制备碱式硫酸铁。根据我国质量标准,产品中不得含有Fe2+NO3。为检验所得产品中是否含有Fe2+,应使用的试剂为_________

A.氯水 BKSCN溶液 CNaOH溶液 D.酸性KMnO4溶液

5)为测定含Fe2+Fe3+溶液中铁元素的总含量,实验操作如下:准确量取20.00mL溶液于带塞锥形瓶中,加入足量H2O2,调节pH<2,加热除去过量H2O2;加入过量KI充分反应后,再用 0.1000 mol·L-1 Na2S2O3标准溶液滴定至终点,消耗标准溶液20.00mL

已知:2Fe3++2I-=2Fe2++I2 2S2O32-+I2=2I-+S4O62-

则溶液中铁元素的总含量为_________g·L-1。若滴定前溶液中H2O2没有除尽,所测定的铁元素的含量将会_______ (偏高” “偏低” “不变”)

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