资源化利用的方法之一是合成二甲醚（简写做）。催化加氢法合成，其过程中主要发生下列反应：反应...

资源化利用的方法之一是合成二甲醚（简写做）。催化加氢法合成，其过程中主要发生下列反应：

反应Ⅰ：　

反应Ⅱ：　

其中，反应Ⅱ分以下两步完成，请写出反应Ⅳ的热化学方程式。

反应Ⅲ：　

反应Ⅳ：___________。

⑴反应Ⅳ的热化学方程式为________。

⑵在和的起始量一定的条件下，的平衡转化率和平衡时、的选择性随压强或温度的变化见下图。已知：

的选择性；

的选择性

①依据图像中的数据分析，提高平衡时的选择性应当选择的条件为________。

A 高温高压　　　　　　 B 低温低压　　　　　　　 C 高温低压　　　　　　 D 低温高压

按照温度对化学平衡的影响图像分析温度低于300℃，平衡转化率随温度升高而降低的原因是_______。

②某温度和压强下，起始投入与足量发生反应，达到平衡时的转化率为40%，部分物质的物质的量如下表：

计算平衡时的选择性为________，反应Ⅳ的化学平衡常数为________。

⑶经研究发现，在不同反应条件下反应相同时间（未平衡）测定发现，体系中的浓度均很低，则可知活化能大小关系：反应Ⅲ________反应Ⅳ（填“大于”、“小于”或“等于”）。

⑷，投料比为时进行反应，的浓度随时间变化如下图所示，则下列说法正确的为________。

A 在范围内，反应Ⅰ的速率随温度升高而增大

B 200℃条件下，随反应时间的延长，的浓度始终增大

C 260℃条件下，随反应时间的延长，的浓度先增大后减小最终不变

D 260℃条件下，后的浓度减小是因为随时间推移反应Ⅱ的进行使体系中浓度越来越高，反应Ⅰ的逆反应速率不断增大，从而使浓度逐渐下降

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CO2的资源化利用能有效减少CO2排放，充分利用碳资源。

（3）CO2催化加氢合成二甲醚是一种CO2转化方法，其过程中主要发生下列反应：

反应Ⅰ：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)　　 ΔH =41.2 kJ·mol−1

反应Ⅱ：2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)　　 ΔH =﹣122.5 kJ·mol−1

在恒压、CO2和H2的起始量一定的条件下，CO2平衡转化率和平衡时CH3OCH3的选择性随温度的变化如图。其中：CH3OCH3的选择性=×100％

①温度高于300 ℃，CO2平衡转化率随温度升高而上升的原因是________。

②220 ℃时，在催化剂作用下CO2与H2反应一段时间后，测得CH3OCH3的选择性为48%（图中A点）。不改变反应时间和温度，一定能提高CH3OCH3选择性的措施有________。

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随着科学技术的发展和环保要求的不断提高，CO2的捕集利用技术成为研究新的热点。 完成下列问题：

(1)CO2催化加氢合成CH3OCH3是一种CO2转化方法，其过程中主要发生下列反应：

反应I：

反应Ⅱ：

①写出CO和H2合成CH3OCH3的热化学方程式____。

②分别在2L恒温密闭容器甲（恒温恒容）、乙（恒温恒压）中，加入CO2和H2各1 mol的混合气体，假设只发生反应Ⅱ，则两容器中反应达平衡后放出或吸收的热量较多的是____（填“甲”或“乙”）。当反应5 min时，测得甲容器中压强变为原来的一半，则用CO2表示的反应的速率= ___。

③在恒压、CO2和H2的起始量一定的条件下，CO2平衡转化率和平衡时CH3OCH3的选择性随温度的变化如图。其中：

i)温度高于300℃，温度对CO2平衡转化率影响较大的是反应____（填“I”或“Ⅱ”）。

ii)220℃时，在催化剂作用下CO2与H2反应一段时间后，测得CH3OCH3的选择性为48%（图中A点）。不改变反应时间和温度，一定能提高CH3OCH3选择性的措施可以是____（任答一条）。

(2)CO2可以被NaOH溶液捕获。若所得溶液pH=13，CO2主要转化为____（写离子符号）；若所得溶液c(HCO3-):c(CO32-)=1:5，溶液pH= ___。（室温下，H2CO3的）

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CO2的转化和重整受到越来越多的关注，它是有效应对全球气候变化、促进低碳社会构建的重要方法。

(1)热化学转化法。

CO2催化加氢合成CH4，其过程中主要发生下列反应：

反应Ⅰ：CH4(g)＋2O2(g)=CO2(g)＋2H2O(g)；ΔH＝－890.3 kJ·mol－1

反应Ⅱ：CO(g)＋H2O (g)=CO2(g)＋H2(g)；ΔH＝＋2.8 kJ·mol－1

反应Ⅲ：2CO(g)＋O2(g)=2CO2(g)；ΔH＝－566.0 kJ·mol－1

则反应CO2(g)＋4H2(g)=CH4(g)＋2H2O(g) 的ΔH＝________kJ·mol－1。

(2)CO2催化还原法。

图1表示的是利用CO2的“直接电子传递机理”。在催化剂铜的表面进行转化。当有1 mol CO2反应时，直接传递的电子物质的量为________mol。

(3)CO2电化学催化重整法。

①图2表示以KOH溶液作电解质溶液进行电解的示意图，CO2在Cu电极上可以转化为CH4，该电极反应的方程式为______________________，电解一段时间后，阳极区溶液pH减小，其原因是__________________。

②CO2与CH4在催化剂作用下合成乙酸，反应的化学方程式为________。

(4)CO2与丙烯通过金属杂多酸盐[CoxH(3－2x)PW12O40] 催化合成甲基丙烯酸。

①研究发现金属杂多酸盐中x对CO2转化率的影响如图3所示，由图3得出催化效果最好的金属杂多酸盐化学式是________。

②催化剂在温度不同时对CO2转化率的影响如图4所示，300 ℃催化效果远不如200 ℃　 和250 ℃的原因为__________________________________。

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CO2的转化和重整受到越来越多的关注，它是有效应对全球气候变化、促进低碳社会构建的重要方法。

(1)热化学转化法。

CO2催化加氢合成CH4，其过程中主要发生下列反应：

反应Ⅰ：CH4(g)＋2O2(g)=CO2(g)＋2H2O(g)；ΔH＝－890.3 kJ·mol－1

反应Ⅱ：CO(g)＋H2O (g)=CO2(g)＋H2(g)；ΔH＝＋2.8 kJ·mol－1

反应Ⅲ：2CO(g)＋O2(g)=2CO2(g)；ΔH＝－566.0 kJ·mol－1

则反应CO2(g)＋4H2(g)=CH4(g)＋2H2O(g) 的ΔH＝________kJ·mol－1。

(2)CO2催化还原法。

图1表示的是利用CO2的“直接电子传递机理”。在催化剂铜的表面进行转化。当有1 mol CO2反应时，直接传递的电子物质的量为________mol。

(3)CO2电化学催化重整法。

①图2表示以KOH溶液作电解质溶液进行电解的示意图，CO2在Cu电极上可以转化为CH4，该电极反应的方程式为______________________，电解一段时间后，阳极区溶液pH减小，其原因是__________________。

②CO2与CH4在催化剂作用下合成乙酸，反应的化学方程式为________。

(4)CO2与丙烯通过金属杂多酸盐[CoxH(3－2x)PW12O40] 催化合成甲基丙烯酸。

①研究发现金属杂多酸盐中x对CO2转化率的影响如图3所示，由图3得出催化效果最好的金属杂多酸盐化学式是________。

②催化剂在温度不同时对CO2转化率的影响如图4所示，300 ℃催化效果远不如200 ℃　 和250 ℃的原因为__________________________________。

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研究CO2的综合利用对促进“低碳经济”的发展有重要意义。CO2与H2合成二甲醚(CH3OCH3)是一种CO2转化方法，其过程中主要发生下列反应：

反应I　　 CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)　　 △H1= -49.0 kJ.mol-1

反应II　 2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H20(g)　　　 △H2=- 24.5 kJ.mol-1

反应III　 CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)　　　　　 △H3=41.2 kJ.mol-1

（1）写出CO2与H2一步合成二甲醚（反应IV）的热化学反应方程式：_______________

（2）有利于提高反应IV平衡转化率的条件是_______。

A.高温高压　　 B.低温诋压　　 C．高温低压　 D.低温高压

（3）在恒压、CO2和H2起始物质的量之比为1：3的条件下，CO2平衡转化率和平衡时二甲醚的选择性随温度的变化如图1。CH3OCH3的选择性=

①温度低于300℃，CO2平衡转化率随温度升高而下降的原因是_____________________

②关于合成二甲醚工艺的理解，下列说法正确的是_____________

A.反应IV在A点和B点时的化学平衡常数K(A)小于K(B)

B.当温度、压强一定时，在原料气（CO2和H2的比例不变）中添加少量惰性气体，有利于提高平衡转化率

C．其他条件不变，在恒容条件下的二甲醚平衡选择性比恒压条件下的平衡选择性低

D.提高催化剂的活性和选择性，减少CO等副产物是工艺的关键

③在某温度下，若加入CO2的物质的量为1mol，生成二甲醚的选择性为80%，现收集到0.2mol的二甲醚，则CO2转化率为__________________

④一定温度压强下，二甲醚的体积分数随时间变化如图2所示。在t1时刻，再加入物质的量之比为1：3的CO2和H2，t2时刻重新达到平衡。画出t1—t3时刻二甲醚体积分数的变化趋势。__________________

（4）光能储存一般是指将光能转换为电能或化学能进行储存，利用太阳光、CO2、H2O生成二甲醚的光能储存装置如图所示，则b极的电极反应式为____________________

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“低碳循环”引起各国的高度重视，而如何降低大气中的的含量及有效地开发利用，也正成为科学家研究的主要课题。利用直接加氢合成二甲醚包括以下三个相互联系的反应。

I甲醇的合成

II甲醇脱水

Ⅲ逆水汽变换

已知：相关物质变化的焓变示意图如下：

（1）请写出直接加氢合成二甲醚的热化学方程式：________________。

（2）保持恒温恒容的条件，当a充入、b充入，在其他条件不变时，请在下图中分别画出平衡时的体积分数随投料比变化的曲线图，请用a、b标注曲线图。_________

（3）在恒容密闭容器里按体积比为充入二氧化碳和氢气，一定条件下反应达到平衡状态。当改变反应的某一个条件后，下列变化能说明平衡一定向逆反应方向移动的是________________。

A．正反应速率先增大后减小　　

B．逆反应速率先增大后减小

C．化学平衡常数K值增大　　

D．反应物的体积分数增大

（4）温度、压强对反应中平衡转化率和二甲醚的选择性的影响如下图1，图2：

①根据图1，下列说法正确的是________。

A．温度较高时，反应以逆水汽变换反应为主，温度升高，反应速率加快，所以转化率增大

B．温度较低时，反应以合成二甲醚为主，正反应放热，升高温度，平衡转化率降低

C．由图像可知，加氢合成二甲醚应该选择具有良好的低温活性的催化剂

D．由图像可知，高温有利于逆水汽变换反应，而不利于二甲醚的生成

②根据图2可知：随着压强升高，平衡转化率和二甲醚的选择性都增大，分析原因：__________。

（5）在，压强为3．0MPa的反应条件下，氢碳比 对转化率和二甲醚选择性的影响见图3．分析实际工业生产中制备二甲醚选择氢碳比在3~6之间的原因：________________。

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生物质能是一种洁净、可再生能源。生物质气(主要成分为 CO、CO₂、H₂ 等)与H₂混合，催化合成甲醇和二甲醚（CH₃OCH₃）及许多烃类物质等，是生物质能利用的方法之一.

（1）已知碳的气化反应在不同温度下平衡常数的对数值（lgK）如下表:

反应：CO(g)+H₂O(g)CO₂(g)+H₂(g)，该反应的△H________0（选填：“＞”、“＜”、“＝”）；在900K时，该反应平衡常数的对数值（lgK）=_____________.

（2）甲醇是一种重要的能源和化工原料，工业上合成甲醇的反应为：CO+2H₂⇌CH₃OH．现已知：H₂(g)、CO(g)、CH₃OH(l)的燃烧热ΔH分别为-285.8KJ/mol、-283.0KJ/mol和-726.5KJ/mol。则：CH₃OH不完全燃烧生成CO和液态H₂O的热化学反应方程式________.

（3）在一定温度、压强和催化条件下，工业上用CO和H₂反应生成二甲醚，同时产生一种参与大气循环的无机物。则该反应的化学反应方程式为：________．

（4）下图左为绿色电源“二甲醚燃料电池”的工作原理示意图．a电极上发生反应的电极反应式为 ________ .

（5）连接下图右装置的电源为（4）问中的二甲醚燃料电池。接通电源一段时间后，观察到装置中电解质溶液颜色由无色变为蓝色，并逐渐加深。则该装置中的Cu电极应与二甲醚燃料电池中________ 电极（填a或b）相连。通电时发生反应的总的离子反应方程式为：________.

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碳基能源的大量消耗使大气中CO2浓度持续不断地增加，以CO2为原料加氢合成，甲烷等能源物质具有较好的发展前景。回答下列问题：

(1)CO2催化(固体催化剂)加氢合成甲烷过程发生以下两个反应：

主反应：CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)　　　 △H1=akJ·mol-1

副反应：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)　　　 △H2=41.1kJ·mol-1

已知相关的化学键键能数据如下：

则a=___。加氢合成甲烷时，通常控制温度为500℃，不能过高也不宜过低的原因是___。

(2)为了提高CO2加氢制CH4过程中CH4选择性(CH4选择性=×100%)，主要是通过对催化剂的合理选择来实现。

①CO2加氢制CH4的一种催化机理如图，下列说法正确的是___(填标号)。

A.催化过程使用的催化剂为La2O3和La2O2CO3

B.La2O2CO3可以释放出CO2*(活化分子)

C.H2经过Ni活性中心裂解产生活化态H*的过程为放热过程

D.CO2加氢制CH4的过程需要La2O3和Ni共同催化完成

②保持500℃不变，向1L密闭容器中充入4molCO2和12molH2发生反应，若初始压强为p，20min后，主、副反应都达到平衡状态，测得此时c(H2O)=5mol·L-1，体系压强变为0.75p，则主、副反应的综合热效应为___，v(CH4)=___mol·L-1·min-1，CH4选择性=___(保留三位有效数字)，主反应的平衡常数K=___。

(3)CO2的光电催化反应器如图所示。以TiO2为阳极，通过光解水产生电子和质子，而后传递到阴极(Pt/CNT)诱导阴极催化还原CO2制得异丙醇。

①阴极常伴有析氢等副反应发生，为此选用了电化学催化剂，其依据是___。

②阴极生成异丙醇的电极反应为___。

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CO2催化加氢制甲醇，是极具前景的温室气体资源化研究领域。在某CO催化加氢制甲醇的反应体系中，发生的主要反应有：

i.CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)　　 △H1=-49.4kJ·mol-1

ⅱ.CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)　　　 △H2=+41.2kJ·mol-1

ⅲ.CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)　　　 △H3

（1）△H3________ kJ·mol-1

（2）5MPa时，往某密闭容器中按投料比n（H2）:n（CO2）=3：1充入H2和CO2。反应达到平衡时，测得各组分的物质的量分数随温度变化的曲线如图所示。

①体系中CO2的物质的量分数受温度的影响不大，原因是____。

②250℃时，反应ii的平衡常数____1（填“＞”“＜”或“=”）。

③下列措施中，无法提高甲醇产率的是____（填标号）。

A 加入适量CO　　 B 增大压强　 C 循环利用原料气　　 D 升高温度

④如图中X、Y分别代表____（填化学式）。

（3）反应i可能的反应历程如下图所示。

注：方框内包含微粒种类及数目、微粒的相对总能量（括号里的数字或字母，单位：eV）。其中，TS表示过渡态、*表示吸附在催化剂上的微粒。

①反应历程中，生成甲醇的决速步骤的反应方程式为____。

②相对总能量E=____（计算结果保留2位小数）。（已知：leV=1.6×10-22kJ）

（4）用电解法也可实现CO2加氢制甲醇（稀硫酸作电解质溶液）。电解时，往电解池的____极通入氢气，阴极上的电极反应为____。

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