煤燃烧后的主要产物是CO、CO2。（1）以CO2为原料可制备甲醇：CO2(g)+3H2(g...

煤燃烧后的主要产物是CO、CO2。

（1）以CO2为原料可制备甲醇：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)　　 ΔH=-49.0kJ·mol-1，向1L的恒容密闭容器中充入1mol CO2(g)和3mol H2(g)，测得CO2(g)和CH3OH(g)浓度随时间的变化如图所示。

①图1中N表示的是______（填化学式）；0~8min内，以氢气表示的平均反应速率v(H2)=_______mol • L-1 • min-1。

②在一定条件下，体系中CO2的平衡转化率(ɑ)与L和X的关系如图2所示，L和X分别表示温度和压强。X表示的物理量是____________(填“温度”或“压强”)，L1________(填“>”或“<”)L2。

（2）向一体积为20L的恒容密闭容器中通入1molCO2发生反应：2CO2(g)2CO(g)+O2(g)，在不同温度下各物质的体积分数变化如图3所示。1600℃时反应达到平衡，则此时反应的平衡常数K_____________。

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甲醇（CH3OH）的合成与应用具有广阔的发展前景。

Ⅰ．合成甲醇的部分工艺流程如下：

（1）甲烷与水蒸气反应制备合成甲醇的原料气CO、CO2和H2。CH4(g)＋H2O(g)＝CO(g)＋3H2(g) 、∆H ＝＋206.2 kJ·mol－1，CO(g) + H2O(g) ＝CO2(g) + H2(g)∆H ＝˗41.0 kJ·mol－1，甲烷与水蒸气反应生成CO2和H2的热化学方程式为________。

（2）在催化剂的作用下，200~300℃时，合成反应器内发生反应：ⅰ. CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)∆H＜0，ⅱ.CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g) + H2O(g)∆H＜0。

①一段时间内，记录合成反应器出、入口样品的温度，数据如图所示。曲线_________是合成反应器出口样品的温度。

②如果你是工程师，请对合成反应器中压强的控制提出建议并说明理由：_______。合成反应器中有少量的副反应，会生成二甲醚（CH3OCH3）、甲酸甲酯等。已知沸点：甲醇 64.7℃；二甲醚 -24.9℃；甲酸甲酯32.0℃。

③CO和H2生成二甲醚的化学方程式是_________。

④从合成反应器出来的产品经分离提纯可以得到甲醇，请简述该方法_______。

Ⅱ．下图为甲醇燃料电池的示意图。

（3）①负极的电极反应式是_______。

②质子交换膜材料的合成是燃料电池的核心技术。我国科研人员研发的一种质子交换膜材料的结构片段如下，它由三种单体缩聚而成。

已知：ROH + R’Cl → R—O—R’ + HCl，单体的结构简式是：　 、 _____、___。

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焦炭与CO、CO2、H2均是重要的化工原料，由CO2制备甲醇过程可能涉及的反应如下：

反应Ⅰ：CO2 (g)+3H2 (g) CH3OH(g)+H2O(g)　　 △H1 =－49.58kJ·mol -1

反应Ⅱ：CO2 (g)+H2 (g) CO(g)+H2O(g)　　　　　 △H2 =+41.19kJ·mol -1

反应Ⅲ：CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)　　　　　　　　 △H3

回答下列问题：

（1）反应Ⅲ的△H3 =　　　　　　　　　　 ，反应Ⅲ自发进行的条件是　　　　　　　　　 (填“较低温”、“较高温”或“任何温度”)。

（2）将焦炭与水蒸气置于容积为2L的密闭容器中发生反应：C(s) +H2O(g) CO(g)+H2(g)，其中H2O、

CO的物质的量随时间的变化曲线如图所示。

①0~1min 内用H2表示该反应的速率为　　　　　　　　 ，第一个平衡时段的平衡常数是　　　　　　　　 。

②若反应进行到2min时，改变了温度，使曲线发生如图所示的变化，则温度变化为　　　　　　　　 (填“升温”或“降温”)。

③反应至5min时，若也只改变了某—个条件，使曲线发生如图所示的变化，该条件可能是下述中的　　　　　　 。

a．加入了C(s)　　　　　　 b．加入了水蒸气

c．降低了温度　　　　　　 d．增大了压强

（3）某研究小组将一定量的H2和CO2充入恒容密闭容器中并加入合适的催化剂(发生反应Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)，测得了不同温度下体系达到平衡时CO2的转化率(曲线a)及CH3OH 的产率(曲线b)，如图所示，请回答问题：

据图可知当温度高于260℃后，CO的浓度随着温度的升高而　　　　 (填“增大”、“减小”、“不变”或“无法判断”)，其原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 。

（4）若以CO、O2、K2CO3等构成的熔融盐电池为电源，用惰性电极电解200mL 饱和食盐水，则负极上的电极反应式为　　　　　　　　　　　　　　　　 ，当有2.8g燃料被消耗时，电解池中溶液的pH= 　　　　　　　 (常温下，忽略溶液的体积变化，不考虑能量的其他损耗)。

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利用甲醇(CH3OH)制备一些高附加值产品，是目前研究的热点。

（1）甲醇和水蒸气经催化重整可制得氢气，反应主要过程如下：

反应Ⅰ. CH3OH(g)＋H2O(g)3H2(g)＋CO2(g)　　 △H1

反应Ⅱ. H2(g)＋CO2(g)H2O(g)＋CO(g)　　　　 △H2= a kJ·mol-1

反应Ⅲ. CH3OH(g)2H2(g)＋CO(g)　　　　　　　 △H3= b kJ·mol-1

反应Ⅳ. 2CH3OH(g)2H2O(g)＋C2H4(g)　　　　　 △H4= c kJ·mol-1

①△H1=______kJ·mol-1 。

②工业上采用CaO吸附增强制氢的方法，可以有效提高反应Ⅰ氢气的产率，如图−1，请分析加入CaO提高氢气产率的原因：______。

③在一定条件下用氧气催化氧化甲醇制氢气，原料气中对反应的选择性影响如题图−2所示(选择性越大表示生成的该物质越多)。制备H2时最好控制=______，当= 0.25时，CH3OH和O2发生的主要反应方程式为______。

（2）以V2O5为原料，采用微波辅热-甲醇还原法可制备VO2，在微波功率1000kW下，取相同质量的反应物放入反应釜中，改变反应温度，保持反应时间为90min，反应温度对各钒氧化物质量分数的影响曲线如图−3所示，温度高于250℃时，VO2的质量分数下降的原因是______。

（3）以甲醇为原料，可以通过电化学方法合成碳酸二甲酯[(CH3O)2CO]，工作原理如图−4所示。

①电源的负极为______(填“A”或“B”)。

②阳极的电极反应式为______。

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甲醇既是重要的化工原料，又可作为燃料。利用CO2和H2在催化剂的作用下合成甲醇，主要发生的反应如下：

反应Ⅰ：CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g)　　 ∆H1=-53.7 kJ∙mol-1

反应Ⅱ：CO2(g)+H2(g)⇌CO(g)+H2O(g)　　 ∆H2=+41.2 kJ∙mol-1

(1)已知化学键的键能如下：

①反应Ⅲ：CO(g)+ 2H2(g) ⇌ CH3OH(g)　　 ∆H3=_____________。

②碳氧双键的键能为__________________。

③在某一条件下，上述反应同时发生，若反应I、Ⅱ、III的化学平衡常数分别为K1、K2、K3，则K2=____________________(用含K1、K3的形式表示)。

(2)研究表明，在催化剂存在下，CO2和H2可发生反应I和Ⅱ。某实验室控制CO2和H2初始投料比为1：2．2，经过相同反应时间测得如下实验数据(甲醇选择性即转化的CO2中生成甲醇的百分数)：

①543 K时，使用催化剂Cat．2，测得实验数据时反应I所处的状态为________________(填：“正向进行”、“平衡状态”、“逆向进行”)。

②有利于提高反应I中H2平衡转化率的措施是___________(填标号)。

A．使用催化剂Cat．1　　 　　　　　　　　 　　 B．降低反应温度

C．投料比不变，增加反应物的浓度　　　　　 D．减小CO2和H2的初始投料比

(3)在上述反应中，混合气体CO、CO2和H2的组成关系为n(H2)／n(CO+ CO2)=2.60时，体系中的CO平衡转化率α(CO)与温度和压强的关系如图所示：

①图中的压强由大到小的顺序为____________。

②α(CO)值随温度升高而变小的原因是________。

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甲醇是重要的化工原料。利用合成气(主要成分为CO、CO2和H2)在催化剂的作用下合成甲醇,可能发生的反应如下：

i. CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)　　　 △H1

ii. CO2(g)+ H2(g)CO(g)+H2O(g)　　　　　　 △H2

iii. CH3OH(g)CO(g) +2H2(g)　　　　　　　　 △H3

回答下列问题：

(1)已知反应ⅱ中相关化学键键能数据如下：

由此计算△H2=__________kJ·mol－1。已知△H3=99kJ·mol－1,则△H1=_________kJ·mol－1。

(2)一定比例的合成气在装有催化剂的反应器中反应12小时。体系中甲醇的产率和催化剂的催化活性与温度的关系如图1所示。

①温度为470K时,图中P点_______ (填“是”或“不是”)处于平衡状态。在490K之前,甲醇产率随着温度升高而增大的原因是_______;490K之后,甲醇产率下降的原因是_______。

②一定能提高甲醇产率的措施是______________。

A.增大压强　　 B,升高温度　　 C.选择合适催化剂　　 D.加入大量催化剂

(3)图2为一定比例的CO2/H2，CO/H2、CO/CO2/H2条件下甲醇生成速率与温度的关系。

①490K时,根据曲线a、c判断合成甲醇的反应机理是_________ (填“I”或“II")。

②490K时,曲线a与曲线b相比,CO的存在使甲醇生成速率增大,从热力学与动力学角度,并结合反应i、ⅱ分析原因_________。

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甲醇是重要的化工原料。利用合成气(主要成分为CO、CO2和H2)在催化剂的作用下合成甲醇，可能发生的反应如下：

i CO2(g)+ 3H2(g) CH3OH(g)+ H2O(g)　　 ∆H1=Q kJ·mol-1

ii. CO2(g)+ H2(g) CO(g)+H2O(g)　　　　 ∆H2=+41 kJ·mol-1

iii. CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)　　　　　　 ∆H3=− 99 kJ·mol-1

回答下列问题：

（1）Q=_________

（2）图中能正确反映平衡常数K3(反应iii的平衡常数)随温度变化关系的曲线为__（填字母）

（3）如图为单位时间内CO2+H2、CO+ H2、CO/CO2+H2三个条件下生成甲醇的物质的量浓度与温度的关系(三个条件下通入的CO、CO2和H2的物质的量浓度相同)。490K时，根据曲线a、c判断合成甲醇时主要发生的反应为________(填“i”或“iii”)；由曲线a可知，甲醇的量先增大后减小，其原因是_________________________________。

（4）如图是以NaOH溶液为电解质溶液的甲醇燃料电池:电极a的反应式为____________，若隔膜为阳离子交换膜，则每转移6mol电子，溶液中有_______mol Na+向____________(填“正极区”或“负极区")移动。

（5）CO2经催化加氢也可以生成低碳烃，主要有两个竞争反应：

反应I:CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g)

反应II :2CO2(g)+6H2(g) C2H4(g)+4H2O(g)

在1L恒容密闭容器中充入2molCO2和4molH2测得平衡时有关物质的物质的量随温度变化如图所示。T1℃时,CO2的转化率为______。T1℃时，反应I的平衡常数K=_________(保留三位有效数字)。

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甲醇是重要的化工原料。利用合成气(主要成分为CO、CO2和H2)在催化剂的作用下合成甲醇，可能发生的反应如下：

①CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH1

②CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)　ΔH2

③CH3OH(g)CO(g)+2H2(g)　ΔH3

（1）已知反应②中相关化学键键能数据如下：

由此计算ΔH2＝____kJ·mol－1。已知ΔH3＝＋99kJ·mol－1，则ΔH1＝____kJ·mol－1。

（2） 一定比例的合成气在装有催化剂的反应器中反应12小时。体系中甲醇的产率和催化剂的催化活性与温度的关系如图所示。

①温度为470K时，图中P点____(填“是”或“不是”)处于平衡状态，490K之后，甲醇产率随温度升高而减小的原因除了升高温度使反应①平衡逆向移动以外，还有___________________________________________________________、______________________________________________________________________。

②一定能提高甲醇产率的措施是______。

A．增大压强　　　　　　　　　　 B．升高温度　　　　 　　 C．选择合适催化剂　　　　　　　　　　 D．加入大量催化剂

（3）如图为一定比例的CO2+H2，CO+H2、CO/CO2+H2条件下甲醇生成速率与温度的关系。

①490K时，根据曲线a、c判断合成甲醇的反应机理是______(填I或II)

Ⅰ．CO2COCH3OH　　　　　　　　

II．COCO2 CH3OH＋H2O

②490K时，曲线a与曲线b相比，CO的存在使甲醇生成速率增大，从平衡移动的角度，结合反应①、②分析原因___________________________。

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甲醇是重要的化工原料。利用合成气(主要成分为(CO，CO2和H2)在催化剂的作用下合成甲醇，可能发生的反应如下：

i：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)　　 ΔH1

ii：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)　　 ΔH2

iii：CH3OH(g)CO(g)+2H2(g)　　 ΔH3

回答下列问题：

(1)已知反应2中相关化学键键能数据如下：

由此计算ΔH2=___kJ·mol-1。已知ΔH1=-63kJ·mol-1，则ΔH3=___kJ·mol-1。

(2)对于反应1，不同温度对CO2的平衡转化率及催化剂的效率影响如图所示，请回答下列问题：

①下列说法不正确的是（__________）

A.M点时平衡常数比N点时平衡常数大

B.温度低于250℃时，随温度升高甲醇的平衡产率降低

C.其他条件不变，若不使用催化剂，则250℃时CO2的平衡转化率可能位于M1

D.实际反应应尽可能在较低的温度下进行，以提高CO2的转化率

②若在刚性容器中充入3molH2和1molCO2发生反应1，起始压强为4MPa，则图中M点CH3OH的体积分数为___，250℃时反应的平衡常数Kp=___(MPa)-2(保留三位有效数字)；

③若要进一步提高甲醇产率，可采取的措施有___(写两条即可)

(3)相同条件下，一定比例CO/CO2/H2混合气体甲醇生成速率大于CO2/H2混合气体甲醇生成速率，结合反应1、2分析原因：___。

(4)以二氧化钛表面覆盖Cu2A12O4为催化剂，可以将CO2和CH4直接转化成乙酸，CO2(g)+CH4(g)CH3COOH(g)，在不同温度下催化剂的催化效率与乙酸的生成速率如图所示：

250~300℃时，乙酸的生成速率降低的主要原因是___。

300~400℃时，乙酸的生成速率升高的主要原因是___。

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