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,CO2和H2可发生两个平行反应,分别生成CH3OH和CO,反应的热化学方程式如下:
CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)△H1=﹣53.7kJmol﹣1 Ⅰ
CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)△H2 Ⅱ
某实验室控制CO2和H2初始投料比为1:2.2,在相同压强下,经过相同反应时间测得如下实验数据:
T(K) | 催化剂 | CO2转化率(%) | 甲醇选择性(%) |
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 |
[备注]Cat.1:Cu/ZnO纳米棒;Cat.2:Cu/ZnO纳米片;甲醇选择性;转化的CO2中生成甲醇的百分比
已知:①CO和H2的标准燃烧热分别为﹣283.0kJmol﹣1和﹣285.8kJmol﹣1 .
②H2O(1)═H2O(g)△H3=44.0kJmol﹣1
请回答(不考虑温度对△H的影响):
(1)反应I的平衡常数表达式K=;反应Ⅱ的△H2=kJmol﹣1 .
(2)有利于提高CO2转化为CH3OH平衡转化率的措施有 .
A.使用催化剂Cat.1
B.使用催化剂Cat.2
C.降低反应温度
D.投料比不变,增加反应物的浓度
E.增大 CO2和H2的初始投料比
(3)表中实验数据表明,在相同温度下不同的催化剂对CO2转化成CH3OH的选择性有显著的影响,其原因是 .
(4)在如图中分别画出反应I在无催化剂、有Cat.1和有Cat.2三种情况下“反应过程﹣能量”示意图.
(5)研究证实,CO2也可在酸性水溶液中通过电解生成甲醇,则生成甲醇的反应发生在极,该电极反应式是 .
【答案】
(1);+41.2
(2)C,D
(3)表中数据表明此时未达到平衡,不同的催化剂对反应Ⅰ的催化能力不同,因而再该时刻下对甲醇选择性有影响
(4)
(5)阴;CO2+6H++6e﹣=CH3OH+H2O
【解析】(1)平衡常数为生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值. 已知:CO和H2的标准燃烧热分别为﹣283.0kJmol﹣1和﹣285.8kJmol﹣1 , ②H2O(1)═H2O(g)△H3=44.0kJmol﹣1 , 可知热化学方程式a.CO(g)+ O2(g)=CO2(g)△H=﹣283.0kJmol﹣1 , b.H2(g)+
O2(g)=H2O(1)△H=﹣285.8kJmol﹣1 , c.H2O(1)═H2O(g)△H3=44.0kJmol﹣1 ,
由盖斯定律将b﹣a+c可得CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)△H2 =(﹣285.8+283.0+44)kJmol﹣1=+41.2kJmol﹣1 ,
所以答案是: ;+41.2;
(2)A.使用催化剂Cat.1,平衡不移动,不能提高转化率,故A错误;
B、使用催化剂Cat.2,不能提高转化率,故B错误;
C、降低反应温度,平衡正向移动,可增大转化率,故C正确;
D、投料比不变,增加反应物的浓度,衡正向移动,可增大转化率,故D正确;
E、增大 CO2和H2的初始投料比,可增大氢气的转化率,二氧化碳的转化率减小,故E错误.
所以答案是:CD;
(3)从表中数据分析,在相同温度下,不同的催化剂二氧化碳的转化率不同,说明不同的催化剂的催化能力不同,相同的催化剂不同的温度,二氧化碳的转化率不同,且温度高的转化率大,因为正反应为放热反应,说明表中数据是未达到平衡数据.
所以答案是:表中数据表明此时未达到平衡,不同的催化剂对反应Ⅰ的催化能力不同,因而再该时刻下对甲醇选择性有影响;
(4)从表中数据分析,在催化剂Cat.2的作用下,甲醇的选择性更大,说明催化剂Cat.2对反应Ⅰ催化效果更好,催化剂能降低反应的活化能,说明使用催化剂Cat.2的反应过程中活化能更低,所以答案是: ;
(5)CO2也可在酸性水溶液中通过电解生成甲醇,C元素化合价降低,被还原,应为电解池的阴极反应,
所以答案是:阴;CO2+6H++6e﹣=CH3OH+H2O.
【考点精析】解答此题的关键在于理解化学平衡状态本质及特征的相关知识,掌握化学平衡状态的特征:“等”即 V正=V逆>0;“动”即是动态平衡,平衡时反应仍在进行;“定”即反应混合物中各组分百分含量不变;“变”即条件改变,平衡被打破,并在新的条件下建立新的化学平衡;与途径无关,外界条件不变,可逆反应无论是从正反应开始,还是从逆反应开始,都可建立同一平衡状态(等效),以及对化学平衡的计算的理解,了解反应物转化率=转化浓度÷起始浓度×100%=转化物质的量÷起始物质的量×100%;产品的产率=实际生成产物的物质的量÷理论上可得到产物的物质的量×100%.
![](http://thumb2018.1010pic.com/images/loading.gif)
【题目】黄铜矿(CuFeS2)是炼钢和炼铜的主要原料,在高温下灼烧生成三氧化二铁和氧化亚铜.三氧化二铁和氧化亚铜都是红色粉末,常用作颜料.某学校化学兴趣小组通过实验来探究﹣红色粉末是Fe2O3、Cu2O或两者的混合物,探究过程如下:[查阅资料]Cu2O溶于稀硫酸生成Cu和CuSO4 , 在空气中加热生成CuO.
[提出假设]假设1:红色粉末是Fe2O3 .
假设2:红色粉末是Cu2O.
假设3:红色粉末是Fe2O3和Cu2O的混合物.
[提出探究实验]取少量粉末放入足量稀硫酸中,在所得溶液中再滴加KSCN试剂.
(1)若假设1成立,则实验现象是 .
(2)滴加KSCN试剂后溶液不变红色,某同学认为原固体粉末中一定不含三氧化二铁,你认为这种说法合理吗? . 简述你的理由(不需要写出反应的化学方程式) .
(3)若固体粉末完全溶液无固体存在,滴加KSCN试剂时溶液不变红色,则证明原固体粉末是 , 写出发生的氧化还原反应的离子方程式: .
(4)[探究延伸]经试验分析,确定红色粉末为Fe2O3和Cu2O的混合物.实验小组称取3.04g该红色粉末,设计如下实验方案进行实验.经查资料得知,在溶液中通过调节溶液的酸碱性而使Cu2+、Fe2+、Fe3+分别生成沉淀的pH如下:
物质 | Cu(OH)2 | Fe(OH)2 | Fe(OH)3 |
开始沉淀时的pH | 6.0 | 7.5 | 1.4 |
沉淀完全时的pH | 13 | 14 | 3.7 |
步骤Ⅰ:将3.04g红色粉末溶于足量稀硫酸中,再加入足量H2O2溶液,振荡,得澄清透明溶液X.
步骤Ⅱ:在溶液X中加入适量Cu(OH)2粉末,调节溶液pH=4.0,过滤,得红褐色沉淀Y和滤液Z.
步骤Ⅲ:将沉淀Y充分灼烧,得1.6g红色固体M.
步骤Ⅳ:将滤液Z蒸发浓缩,冷却结晶,过滤,得6.0gCuSO45H2O晶体.
①沉淀Y的化学式为 .
②步骤Ⅳ中不需要用到的实验仪器 .
a.烧杯b.玻璃棒c.分液漏斗d.酒精灯e.铁架台(带铁圈)f.托盘天平g.量筒h.蒸发皿i.容量瓶.
③红色粉末样品中Cu2O的质量分数为 .