CO2催化加氢制取甲醇、乙醇等低碳醇的研究，对于环境问题和能源问题都具有非常重要的意义。已...

CO2催化加氢制取甲醇、乙醇等低碳醇的研究，对于环境问题和能源问题都具有非常重要的意义。已知一定条件下的如下反应：

CO2(g) + 3H2(g) CH3OH(g) + H2O(g)　　 ∆H =－49.0 kJ· mol-1

2CO2(g) + 6H2(g) CH3CH2OH(g) + 3H2O(g)　　 ∆H=－173.6 kJ· mol-1

下列说法不正确的是

A.CH3OH(g) + CO2(g) + 3H2(g) CH3CH2OH(g) + 2H2O(g)　　 ∆H＜0

B.增大压强，有利于反应向生成低碳醇的方向移动，平衡常数增大

C.升高温度，可以加快生成低碳醇的速率，但反应限度降低

D.增大氢气浓度可以提高二氧化碳的转化率

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CO2催化加氢制取甲醇的研究，对于环境、能源问题都具有重要的意义。反应如下：

反应ⅰ：CO2(g) + 3H2(g) ⇌ CH3OH(g) + H2O(g)　　　 ∆H1 =﹣58 kJ· mol-1

反应ⅱ：CO2(g) + H2(g) ⇌ CO(g) + H2O(g)　　　 ∆H2 = +42 kJ· mol-1

下列说法不正确的是

A.增大氢气浓度能提高二氧化碳的转化率

B.增大压强，有利于向生成甲醇的方向进行，反应ⅰ的平衡常数增大

C.升高温度，生成甲醇的速率加快，反应ⅱ的限度同时增加

D.选用理想的催化剂可以提高甲醇在最终产物中的比率

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运用化学反应原理研究碳、氮、硫的化合物的反应对缓解环境污染、能源危机具有重要意义。

(1)有科学家经过研究发现，用CO2和H2在210~ 290℃， 催化剂条件下可转化生成甲醇蒸汽和水蒸气。230℃，向容器中投入0.5mol CO2和1.5mol H2.当CO2平衡转化率达80%时放出的热量为19. 6kJ，写出该反应的热化学方程式∶___________。

(2)在2L密闭容器中，起始投人4mol CO和6mol H2，在一定条件下发生反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)，平衡时仅改变温度测得的数据如下表所示∶ (已知：T1＜T2)

①则K1_______(填“＞”“＜”或“=”) K2，原因是_________________。

②在T2下，经过10s达到化学平衡状态，则0~ 10s内H2的平均速率v(H2)为_______，若维持条件不变再向容器中充入CO、H2和CH3OH各1mol，则v正_________(填“＞”“＜”或“=”)v逆。

(3)某科研小组设计的一个氮氧化物原电池 ，两边的阴影部分为 a、b惰性电极，分别用导线与烧杯的m、n惰性电极相连接，工作原理如图：

①b极的电极反应式为_______________________。

②当有0.2mol O2-通过固体电解质时，则烧杯中m处的产物的物质的量为________。

(4)处理烟气中SO2，也可采用碱液吸收法，已知25°C时，K(NH3 ∙H2O)=1.8×10-5； Kcp(CaSO4)=7.1×10-5.

第1步∶用过量的浓氨水吸收SO2，并在空气中氧化；

第2步∶加入石灰水，发生反应K。计算第2步中反应的K=_____________(列出计算式即可)。

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乙醇被称为21世纪的“绿色能源”。由于煤制乙酸工艺成熟、成本低廉，且乙酸相对乙醇有较大的价格差，因此开展乙酸加氢制乙醇的催化反应研究具有重要意义。回答下列问题:

（1）乙酸加氢制乙醇是一个复杂的反应体系，不同的反应条件会导致形成不同的产品分布，主要反应过程如下:

反应①CH3COOH(g) + H2(g)→CH3CHO(g) +H2O(g)　　　 ∆H1

反应②CH3CHO(g) +H2(g) →CH3CH2OH(g)　　　　　　　 △H2

部分副反应如下:

反应③CH3CH2OH(g) + CH3COOH(g)→CH3COOCH2CH3(g) +H2O(g)　　 ∆H3

反应④CH3COOCH2CH3(g) +2H2(g) →2CH3CH2OH(g)　　　　　　　　 ∆H4

∆H4=___ (用∆H1、△H2、 ∆H3表示)。

（2）乙酸加氢制乙醇的反应可表示为CH3COOH(g) + 2H2(g)==CH3CH2OH(g) + H2O(g) ∆H<0，欲提高该反应中乙酸的平衡转化率，可采取的两条措施是_________。乙酸加氢生成乙酸乙酯( 副反应)的化学方程式可表示为____________.

（3）在恒温2609°C， 恒压1.4MPa, 原料气以一定的流速通过某催化剂发生乙酸加氢制乙醇等反应，氢/酸(物质的量)投料比对反应的影响如图所示。X乙酸表示乙酸的转化率, S乙醇、S乙酸乙酯分别表示乙醇、乙酸乙酯的选择性，其中，S乙醇=，S乙酸乙酯=。根据图象及数据分析，最佳氢/酸投料比值是_______________,该条件下，上述反应②____________(填“能”或“不能”)进行到底，理由是____________ ;根据图中曲线变化规律，判断氢/酸投料比=30时，S乙酸乙酯曲线最可能延伸至图中a、b、c中的______点;氢/酸投料比=20时，计算H2的转化率=_______. ( 列出计算式即可，下同),乙醇的分压P乙醇=__________(分压=总压×物质的量分数)。

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研究反应过程的热量变化对于生产生活有重要意义。

Ⅰ.甲醇是重要的化工原料。利用合成气(主要成分为CO、CO2和H2)在一定条件下合成甲醇。请按要求回答下列问题：

(1)反应CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)在使用和未使用催化剂时，反应过程和能量的对应关系如图所示。下列说法正确的是___(填字母代号)。

A．该可逆反应的正反应为吸热反应

B．断裂反应物中的化学键所吸收的总能量小于形成生成物中的化学键所释放的总能量

C．曲线b是使用了催化剂对应的曲线，且加入催化剂后，反应热变小

(2)CO、CO2和H2在合成过程中发生的主要反应如下：

①CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g)　ΔH1＝－99 kJ·mol－1

②CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH2＝－58 kJ·mol－1

③CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)　ΔH3

则ΔH3＝____。

(3)直接甲醇燃料电池(简称DMFC)由于其结构简单、能量转化率高、对环境无污染，可作为常规能源的替代品而越来越受到关注。DMFC的工作原理如图所示：

则通入a气体的电极是电池的____(填“正”或“负”)极，其电极反应式为___。

Ⅱ.已知单质硫在通常条件下以S8(斜方硫)的形式存在，而在蒸气状态下，有S2、S4、S6及S8等多种同素异形体，其中S4、S6和S8具有相似的结构特点，其结构如图所示：

(1)在一定温度下，测得硫蒸气的平均摩尔质量为80 g·mol－1，则该蒸气中S2的体积分数不小于_____。

(2)若已知硫氧键的键能为d kJ·mol－1，氧氧键的键能为e kJ·mol－1，S(s)＋O2(g)===SO2(g)ΔH＝－a kJ·mol－1，则S8中硫硫键的键能为_____。

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甲醇（）是重要的能源物质，研究甲醇具有重要意义。

（1）利用工业废气中的可制取甲醇，其反应为：

常温常压下已知下列反应的能量变化如图所示：

写出由二氧化碳和氢气制备甲醇的热化学方程式：________

________。

（2）为提高甲醇燃料的利用率，科学家发明了一种燃料电池，电池的一个电极通入空气，另一个电极通入甲醇气体，电解质是掺入了的 晶体，在高温下它能传导离子。电池工作时正极反应为________。

若以该电池为电源，用石墨做电极电解100mL含有如下离子的溶液。

电解一段时间后，当两极收集到相同体积（相同条件）的气体时（忽略溶液体积的变化及电极产物可能存在的溶解现象）阳极上收集到氧气的物质的量为________mol。

（3）甲醇对水质会造成一定的污染，有一种电化学法可消除这种污染，其原理是：通电后将氧化成，然后以做氧化剂把水中的甲醇氧化成而净化。实验室用下图装置模拟上述过程：

①写出阳极电极反应式________；

②除去甲醇的离子反应为：，该过程中被氧化的元素是 ________，当产生标准状况下2.24L时，共转移电子________mol。

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十九大报告提出要对环境问题进行全面、系统的可持续治理。绿色能源是实施可持续发展的重要途径，利用生物乙醇来制取绿色能源氢气的部分反应过程如下图所示：

(1)已知：CO(g) +H2O(g)⇌CO2(g)+H2(g)　　 　 ∆H1=-41 kJ·mol-1 　　

CH3CH2OH(g)+3H2O(g)⇌2CO2(g)+6H2(g)　　　　 ∆H2 =+174.1 kJ·mol-1

反应I的热化学方程式为______。

(2)反应II在进气比[n(CO) : n(H2O)]不同时，测得相应的 CO 平衡转化率见下图(各点对应的反应温度可能相同，也可能不同；各点对应的其他反应条件都相同)。

①图中A、E和 G三点对应的反应温度TA、TE、TG的关系是_____，其原因是 ______。该温度下，要提高CO平衡转化率，除了改变进气比之外，还可采取的措施是______。

②由图中可知CO的平衡转化率与进气比、反应温度之间的关系是____。

③A、B 两点对应的反应速率大小：vA_____vB(填“<” “=”或“>”)。已知反应速率 v=v正−v逆= k正x(CO)x(H2O) − k逆x(CO2) x(H2) ，k为反应速率常数，x为物质的量分数，在达到平衡状态为D点的反应过程中，当CO的转化率刚好达到20％时，=_____。

(3)反应III在饱和KHCO3电解液中，电解活化的CO2来制备乙醇，其原理如图所示，则阴极的电极反应式为___________。

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十九大报告提出要对环境问题进行全面、系统的可持续治理。绿色能源是实施可持续发展的重要途径，利用生物乙醇来制取绿色能源氢气的部分反应过程如下图所示：

（1）已知：CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) 　　　　　 △H1= - 41 kJ/mol

CH3CH2OH(g)+3H2O(g) 2CO2(g)+6H2(g)　　 △H2=+174.1 kJ/mol

请写出反应I的热化学方程式__________________________________________________________。

（2）反应II，在进气比[n(CO) : n(H2O)]不同时，测得相应的CO平衡转化率见下图（各点对应的反应温度可能相同，也可能不同；各点对应的其他反应条件都相同）。

①经分析，A、E和G三点对应的反应温度相同，其原因是KA=KE=KG=__________（填数值）。在该温度下：要提高CO平衡转化率，除了改变进气比之外，还可采取的措施是_____

②对比分析B、E、F三点，可得出对应的进气比和反应温度的变化趋势之间的关系是________

③比较A、B两点对应的反应速率大小：VA________VB（填“<” “=”或“>”）。反应速率v=v正−v逆= K正X(CO)X(H2O) –K逆X( CO2)X(H2)，K正、K逆分别为反应速率常数，X为物质的量分数，计算在达到平衡状态为D点的反应过程中，当CO转化率刚好达到20%时

=__________ （计算结果保留1位小数）。

（3）反应III，利用碳酸钾溶液吸收CO2得到饱和的KHCO3电解液，电解活化的CO2来制备乙醇。

①已知碳酸的电离常数Ka1=10-a，Ka2=10-b，吸收足量CO2所得饱和KHCO3溶液的pH=c，则该溶液中 =________（列出计算式）。

②在饱和KHCO3电解液中电解CO2来制备乙醇的原理如图所示。则阴极的电极反应式是________。

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（20分）对气体的转化与吸收的研究，有着实际意义。

（1）一定条件下，工业上可用CO或CO2与H2反应生成可再生能源甲醇，反应如下：

3H2(g)+CO2(g)CH3OH(g)+H2O(g)　　 △H1=-49.0KJ/mol　　　 K1（Ⅰ）

2H2(g)+CO(g)CH3OH(g)　　　　　　　　 △H2=-90.8KJ/mol　　 K2（Ⅱ）

则CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)的△H3=　　　　 KJ/mol和K3=　　　　 （用K1和K2表示）

（2）在一定温度下，将0．2mol CO2和0．8mol H2充入容积为2L的密闭容器中合成CH3OH（g）。

5min达到平衡时c(H2O)=0.025mol/L，则5min内v(H2)= _______mol/（L·min）。下图图像正确且能表明该反应在第5min时一定处于平衡状态的是______。

若改变某一条件，达到新平衡后CO2的浓度增大，则下列说法正确的是_______。

a．逆反应速率一定增大　　 b．平衡一定向逆反应方向移动

c．平衡常数不变或减小　　 d．CO2的物质的量可能减小

（3）反应II可在高温时以ZnO为催化剂的条件下进行。实践证明反应体系中含少量的CO2有利于维持ZnO的量不变，原因是_________（写出相关的化学方程式并辅以必要的文字说明；已知高温下ZnO可与CO发生氧化还原反应）。

（4）实验室里C12可用NaOH溶液来吸收。室温下，若将一定量的C12缓缓通入0．2mol/L NaOH溶液中，恰好完全反应得溶液A，反应过程中水的电离程度________（填“变大”、“变小”或“不变”，下同），_________。溶液B为0．05mol/L的（NH4）2SO4溶液，则A、B两溶液中c(ClO－)、c(Cl－)、c(NH4＋ )、c(SO42-)由大到小的顺序为_________（已知：室温下HClO的电离常数Ka=3.2×10-8， NH3·H2O的电离常数Kb=1.78×10-5）。

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Ⅰ．在一定条件下，科学家利用从烟道气中分离出CO2与太阳能电池电解水产生的H2合成甲醇，其过程如下图所示，试回答下列问题：

（1）该合成路线对于环境保护的价值在于　　　　　　　　　　 。

（2）15～20%的乙醇胺（HOCH2CH2NH2）水溶液具有弱碱性，上述合成线路中用作CO2吸收剂。用离子方程式表示乙醇胺水溶液呈弱碱性的原因　　　　　　　　　　　　　　 。

（3）CH3OH、H2的燃烧热分别为：△H＝－725.5 kJ/mol、△H＝－285.8 kJ/mol，写出工业上以CO2、H2合成CH3OH的热化学方程式：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 。

Ⅱ．将燃煤废气中的CO2转化为甲醚的反应原理为：

2CO2(g) + 6H2(g) CH3OCH3(g) + 3H2O(g)

已知一定压强下，该反应在不同温度、不同投料比时，CO2的转化率见下表：

（4）该反应的焓变△H　　　　 0，熵变△S　　　　 0（填＞、＜或＝）。

（5）用甲醚作为燃料电池原料，在碱性介质中该电池负极的电极反应式　　　　　　　　 。

（6）若以1.12 L·min-1（标准状况）的速率向该电池中通入甲醚（沸点为-24.9 ℃），用该电池电解500 mL 2 mol·L-1 CuSO4溶液，通电0.50 min后，理论上可析出金属铜　　 g。

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