CO2甲烷化是一种实现CO2资源化利用的有效途径。Ⅰ．热化学转化CO2甲烷化过程发生反应：...

CO2甲烷化是一种实现CO2资源化利用的有效途径。

Ⅰ．热化学转化

CO2甲烷化过程发生反应：CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g)ΔH

(1)每生成1mol CH4(g)，放热165 kJ，则ΔH＝______。

(2)反应的平衡常数的表达式：K＝______。温度升高，K______(填“增大”或“减小”)。

(3)其他条件不变时，一段时间内，压强对CO2的转化率及CH4的选择性的影响如下图。

注：选择性＝转化为目标产物的原料量÷原料总的转化量

CO2甲烷化反应选择0.1MPa而不选择更高压强的原因是______。

Ⅱ．电化学转化

多晶Cu可高效催化CO2甲烷化，电解CO2制备CH4的原理示意图如下。电解过程中温度控制在10℃左右，持续通入CO2。阴、阳极室的KHCO3溶液的浓度基本保持不变。

(4)多晶Cu作______(填“阴”或“阳”)极。

(5)结合电极反应式，说明阴极室KHCO3溶液浓度基本不变的原因：______。

(6)上述电解过程中采取了______措施(写2条即可)使CO2优先于H+放电。

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CO2和甲烷催化合成CO和H2是CO2资源化利用的有效途径。主要反应如下：

Ⅰ：CH4（g）+CO2（g）⇌2CO（g）+2H2（g）　 △H＝+247kJ/mol

（1）已知CH4（g）+H2O（g）⇌CO（g）+3H2（g）　 △H＝+206 kJ/mol

写出CH4和水蒸气反应生成CO2的热化学方程式：___。

（2）在恒温、恒容的密闭容器中发生反应Ⅰ，下列选项能够说明反应Ⅰ达到平衡状态的是___。

A.混合气体的密度不变

B.混合气体的总压强不变

C.CH4、CO2、CO、H2的物质的量之比为1：1：2：2

D.2v正（H2）＝v逆（CH4）

E.混合气体的平均相对分子质量不变

（3）催化合成的温度通常维持在550﹣750℃之间，从反应速率角度分析其主要原因可能是___。

（4）将CH4与CO2各1mol充入某密闭容器中，发生反应Ⅰ。100kPa时，反应Ⅰ到达平衡时CO2的体积分数与温度的关系曲线如图所示。

①图中A、B、C三点表示不同温度、压强下达到平衡CO2的体积分数，则___点对应的平衡常数最小，判断依据是___；___点对应的压强最大。

②300℃、100kPa下，该容器中反应Ⅰ经过40min达到平衡，计算反应在0﹣40 min内的平均反应速率为v（CO2）＝___mol/min（用分数表示）。

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CO2和甲烷催化合成CO和H2是CO2资源化利用的有效途径。主要反应为

Ⅰ：CH4（g）+CO2（g）2CO（g）+2H2（g）　　　　 △H=+247kJ/mol

（1）已知CH4（g）+H2O（g）CO（g）+H2（g）　　　　 △H=+206kJ/mol

写出CH4和水蒸气反应生成CO2的热化学方程式_______________________________。

（2）在恒温、恒容的密闭容器中发生反应I，下列选项能够说明反应I达到平衡状态的是______。

A.混合气体的密度不变

B.混合气体的总压强不变

C.CH4、CO2、CO、H2的物质的量之比为1:1:2:2

D.3v正（H2）=v逆（CH4）

E.混合气体的平均相对分子质量不变

（3）将CH4与CO2各1mol充入某密闭容器中，发生反应I。100kPa时，反应I到达平衡时CO2的体积分数与温度的关系曲线如图所示。

①图中A、B、C三点表示不同温度、压强下达到平衡时CO2的体积分数，则______点对应的平衡常数最小，判断依据是______________________________；________点对应的压强最大。

②300℃，100kPa下，该容器中反应I经过40min达到平衡，计算反应在0-40min内的平均反应速率为v（CO2）=_________mol/min（结果保留两位有效数字）

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发展洁净煤技术、利用CO2制备清洁能源等都是实现减碳排放的重要途径。

（1）将煤转化成水煤气的反应：C(s)＋H2O(g)⇌CO(g)＋H2(g)可有效提高能源利用率，若在上述反应体系中加入催化剂(其他条件保持不变)，此反应的△H______（填“增大”、“减小”或“不变”），判断的理由是________。

（2）CO2制备甲醇：CO2(g)＋3H2(g)⇌CH3OH(g)＋H2O(g)ΔH＝-49.0 kJ·mol-1，在体积为1 L的密闭容器中，充入1 mol CO2和3 mol H2，测得CO2(g)和CH3OH(g)浓度随时间变化如图所示。

① 该反应化学平衡常数K的表达式是____________________。

②0~9min时间内，该反应的平均反应速率ν(H2) =_______。

③在相同条件下，密闭容器的体积缩小至0.5 L时，此反应达平衡时放出的热量(Q)可能是________（填字母序号）kJ。

a. 0< Q <29.5　　　 b. 29.5< Q <36.75　　　 c. 36.75< Q <49　　　　 d. 49< Q <98

④在一定条件下，体系中CO2的平衡转化率（α）与L和 X的关系如图所示，L和X分别表示温度或压强。

i. X表示的物理量是：_____________。

ii. 判断L1与L2的大小关系，并简述理由：_______________________。

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发展洁净煤技术、利用CO2制备清洁能源等都是实现减碳排放的重要途径。

(1)将煤转化成水煤气的反应：C（s）+H2O（g）CO（g）+H2（g）可有效提高能源利用率，若在上述反应体系中增大H2的浓度（其他条件保持不变），此反应的△H_____(填“增大”、“减小”或“不变”)。

(2)CO2制备甲醇：CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）△H=-49.0 kJ·mol-1，在体积为1 L的密闭容器中，充入1 mol CO2和3 mol H2，测得CO2（g）和CH3OH（g）浓度随时间变化如图所示。

①该反应化学平衡常数K的表达式是_________。

②0~9 min时间内，该反应的平均反应速率v（H2）=_________。

③在相同条件下，密闭容器的体积缩小至0.5 L时，此反应达平衡时放出的热量（Q）可能是_________（填字母序号）kJ。

a. 0<Q<29.5　　　　 b. 29.5<Q<36.75c. 36.75<Q<49　　　　 d. 49<Q<98

④在一定条件下，体系中CO2的平衡转化率（）与L和X的关系如图所示，L和X分别表示温度或压强。

i. X表示的物理量是_________。

ii. 判断L1与L2的大小关系：L1________L2(填“<”，“=”或“>”)

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有效利用现有资源是解决能源问题的一种实际途径，发展“碳一化学”，开发利用我国相对丰富的煤炭资源具有重要的战略意义和经济价值。下面是以焦炭为原料，经“碳一化学”途径制取乙二醇的过程：

（1）以CO和CO2分别与H2为原料，在一定条件下均可合成甲醇（CH3OH）。你认为用哪种合成设计路线更符合“绿色化学”理念：（用化学反应方程式表示）____________；

（2）下图表示在恒容容器中230℃催化剂条件下，0.5molCO2和1.5molH2反应得到甲醇蒸气，产率达80%时的能量变化示意图。

①写出该反应的热化学方程式：_____________________。

②能判断该反应达到化学平衡状态的依据是_____________________。

a.容器中压强不变　　　　　　　　　　　　　　　　　 b.H2的体积分数不变

c.c(H2)=3c(CH3OH)　　　　　　　　　　　　　　　　　 d.容器中气体密度不变

（3）如图所示是用于合成甲醇产品中甲醇含量的检测仪。写出该仪器工作时的电极反应式：负极______。

（4）“催化还原”反应制乙二醇（HOCH2-CH2OH）原理如下：

CH3OOC-COOCH3(g)+4H2(g)HOCH2-CH2OH(g)+2CH3OH(g)　　 △H=-34kJ/mol

为探究实际生产的最佳条件，某科研小组进行了多方面研究，下图表示乙二醇达平衡时的产率随原料投料比[n(氢气)/n(草酸二甲酯)]和压强的变化关系，其中三条曲线分别表示体系压强为1.5MPa、2.5MPa、3.5MPa的情况，则曲线丙对应的压强时P(丙)=___________。

（5）草酸二甲酯水解产物草酸(H2C2O4)为二元中强酸。H2C2O4水溶液中H2C2O4、HC2O4-和C2O42-三种形态的粒子的分布分数δ随溶液pH变化的关系如图所示曲线①代表的粒子是___________；草酸氢钾溶液中存在如下平衡：H2OH++OH-，HC2O4-H++C2O42-和___________；一定温度下，往CaC2O4饱和溶液[已知Ksp(CaC2O4=2.3×10-9)]中加入少量CaCl2固体，c(Ca2+)将_________，CaC2O4的溶解度将____________。（填“增大”“减小”或“不变”）

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科学家用氮化镓材料与铜组装如图所示人工光合系统，利用该装置成功地实现了以CO2和H2O合成CH4.下列说法不正确的是(　　 )

A. 该过程是将太阳能转化为化学能的过程

B. GaN表面发生氧化反应：2H2O－4 e－===O2↑＋4H＋

C. Cu表面的反应是：CO2＋8e－＋6H2O ===CH4＋8OH¯

D. H＋透过质子交换膜从左向右迁移

高二化学单选题简单题查看答案及解析

利用化学反应原理研究化学反应有重要意义。

（1）CO2的减排和综合利用是解决温室及能源问题的有效途径。一定温度下，在体积为1L的密闭容器中，充入1 molCO2和3molH2，此时压强为p0kpa，发生反应：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)，测得CO2和CH3OH(g)的浓度随时间变化如图所示。

①0~4min，H2的平均反应速率v(H2)=__mol·L−1·min−1。

②下列能说明该反应已达到平衡状态的是___。

A．v正(CH3OH)=3v逆(H2)

B．CO2、H2、CH3OH和H2O浓度之比为1∶3∶1∶1

C．恒温恒容下，气体的密度不再变化

D．恒温恒压下，气体的体积不再变化

③测得某时刻，CO2（g）、H2（g）、CH3OH（g）和H2O（g）的浓度均为0.5mol/L，则此时v（正）___v（逆）（填“＞”“＜”或“=”）。

④可逆反应的平衡常数可用平衡分压代替平衡浓度计算，已知：分压=总压×物质的量分数，则该温度下Kp=___kPa-2（用含有p0的式子表示，保留1位小数)。

（2）工业中，CO2和H2在催化剂Cu/ZnO作用下可发生两个平行反应，分别生成CH3OH和CO。

反应A：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)

反应B：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)

控制CO2和H2初始投料比为1∶3时，温度对CO2平衡转化率及甲醇和CO产率的影响如图所示。

图为温度对CO2平衡转化率及甲醇和CO产率的影响

①由图可知温度升高时CO的产率上升，其主要原因可能是___。

②由图可知获取CH3OH最适宜的温度是___。下列措施有利于提高CO2转化为CH3OH的平衡转化率的有___(填字母)。

A．使用对反应A选择性更高的催化剂

B．压缩体积

C．增大CO2和H2的初始投料比

（3）合成氨是人类科学技术上的一项重大突破，反应原理为：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　 ΔH＝－92.4kJ·mol-1。在温度、容积相同的3个密闭容器中，按不同方式投入反应物，保持恒温、恒容，测得合成氨反应达到平衡时的有关数据如下。

则a+b___92.4（填“>”、“=”或“<”，下同），c3___2c1，2p2___p3，α1+α3___1。

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科学家近年来研制出一种新型细菌燃料电池，利用细菌将有机物转化为甲烷，然后将甲烷通入以KOH为电解质的燃料电池发电。电池负极反应为 (　　)

A．CH₄－8e^－＋8OH^－＝CO₂＋6H₂O            B．O₂＋4H^＋＋4e^－＝2H₂O

C．CH₄＋10OH^－－8e^－＝CO＋7H₂O          D．O₂＋2H₂O＋4e^－＝4OH^－

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科学家近年来研制出一种新型细菌燃料电池，利用细菌将有机物转化为甲烷，然后将甲烷通入以KOH为电解质的燃料电池发电。电池负极反应为

A．CH4－8e－＋8OH－＝CO2＋6H2O

B．O2＋4H＋＋4e－＝2H2O

C．CH4＋10OH－－8e－＝CO32-＋7H2O

D．O2＋2H2O＋4e－＝4OH－

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