（14分）甲醇是重要的化工原料，在工业生产上的应用十分广泛。（1）利用太阳能或生物质能分解...

（14分）甲醇是重要的化工原料，在工业生产上的应用十分广泛。

（1）利用太阳能或生物质能分解水制H2，然后可将H2与CO2转化为甲醇。已知：

光催化制氢：2H2O(l)===2H2(g)＋O2(g)　 ΔH＝＋571.5 kJ/mol　　 ①

H2与CO2耦合反应：3H2(g)＋CO2(g)===CH3OH(l)＋H2O(l)　 ΔH＝－137.8 kJ/mol　　 ②

则反应：2H2O(l)＋CO2(g) =　 CH3OH(l)＋3/2O2(g)的ΔH＝　　　　 kJ/mol。

你认为该方法需要解决的技术问题有　　　　 （填字母）。

a. 开发高效光催化剂

b. 将光催化制取的H2从反应体系中有效分离，并与CO2耦合催化转化

c. 二氧化碳及水资源的来源供应

（2）工业上由甲醇制取甲醛的两种方法如下（有关数据均为在298 K时测定）：

反应I：CH3OH(g)＝HCHO(g)＋H2(g)　 ΔH1＝＋92.09kJ/mol，K1＝3.92×10－11。

反应II：CH3OH(g)＋1/2O2(g)＝HCHO(g)＋H2O(g)　 ΔH2＝－149.73 kJ/mol，K2＝4.35×1029。

①从原子利用率看，反应　　　　 （填“I”或“II”。下同）制甲醛的原子利用率更高。从反应的焓变和平衡常数K值看，反应　　 制甲醛更有利。

②下图是甲醇制甲醛有关反应的lgK（平衡常数的对数值）随温度T的变化。图中曲线（1）表示的是反应　　　　 。

（3）污水中的含氮化合物，通常先用生物膜脱氮工艺进行处理，在硝化细菌的作用下将NH4＋氧化为NO3－（2NH4++3O2＝2HNO2+2H2O +2H+；2HNO2 +O2＝2HNO3）。然后加入甲醇，甲醇和NO3－反应转化为两种无毒气体。

①上述方法中，1 g铵态氮元素转化为硝态氮元素时需氧的质量为　　　　 g。

②写出加入甲醇后反应的离子方程式：　　　　 。

（4）甲醇燃料电池的工作原理如图所示，则该电池负极的电极反应式为　　 。

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（共16分）近年来对CO2的有效控制及其高效利用的研究正引起全球广泛关注。据中国化工报报道，美国科学家发现了一种新的可将CO2转化为甲醇的高活性催化体系，比目前工业使用的常见催化剂快近90倍。由CO2制备甲醇过程可能涉及反应如下：

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

反应Ⅱ：CO2(g)+ H2(g)CO (g)+H2O(g)　 　　 　 △H 2

反应Ⅲ： CO(g)+2 H2(g)CH3OH(g)　 　　　　　 △H 3=－90.77 kJ•mol-1

回答下列问题：

（1）反应Ⅱ的△H 2=　　　　 ，反应Ⅲ自发进行条件是　　　　 （填“较低温”、“较高温”或“任何温度”）。

（2）在一定条件下2L恒容密闭容器中充入一定量的H2和CO2仅发生反应Ⅰ，实验测得在不同反应物起始投入量下，反应体系中CO2的平衡转化率与温度的关系曲线，如下图所示。

①据图可知，若要使CO2的平衡转化率大于40%，以下条件中最合适的是　　 ；

A．n(H2)=3mol，n(CO2)=1.5mol； 650K　　

B．n(H2)=3mol，n(CO2)=1.7mol；550K

C．n(H2)=3mol，n(CO2)=1.9mol； 650K　　

D．n(H2)=3mol，n(CO2)=2.5mol；550K

②在温度为500K的条件下，充入3mol H2和1.5mol CO2，该反应10min时达到平衡：

a．用H2表示该反应的速率为　　　　　 ；

b．该温度下，反应I的平衡常数K=　　　　　 ；

c．在此条件下，系统中CH3OH的浓度随反应时间的变化趋势如图所示，当反应时间达到3min时，迅速将体系温度升至600K，请在图中画出3～10min内容器中CH3OH浓度的变化趋势曲线：

（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（a）及CH3OH的产率（b），如图所示，请回答问题：

①该反应达到平衡后，为同时提高反应速率和甲醇的生成量，以下措施一定可行的是　　　　 （选填编号）。

A．改用高效催化剂

B．升高温度

C．缩小容器体积

D．分离出甲醇

E．增加CO2的浓度

②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　　　　　　 。

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甲醇是重要的化工原料，在日常生活中有着广泛的应用。

（1）工业上一般采用下列两种反应合成甲醇：

反应Ⅰ：CO（g）＋2H₂（g）CH₃OH（g）

反应Ⅱ：CO₂（g）＋3H₂（g）CH₃OH（g）＋H₂O（g）

①在以上制备甲醇的两个反应中：反应Ⅰ优于反应Ⅱ，原因为_________________。

②对于反应Ⅰ，下图甲表示能量的变化；图乙表示一定温度下，在体积为2L的密闭容器中加入4mol H₂和一定量的CO后，CO和CH₃OH（g）的浓度随时闻峦化。

在“图甲”中，曲线__________（填：“a”或“b”）表示使用了催化剂；该反应属于________（填：“吸热”、“放热”）反应。在图乙中从反应开始到建立平衡，用H₂浓度变化表示的反应速率为_____________；该温度下CO（g）＋2H₂（g）CH₃OH（g）的化学平衡常数为__________.

③对于反应Ⅱ，在一定温度时，将lmol CO₂年和3mol H₂充入一密闭恒容容器中，充分反应达到平衡后，若CO₂的转化率为a，则容器内的平衡压强与起始压强之比为__________；若容器容积不变，下列措施可增加甲醇产率的是____________。

a．升高温度

b．增加CO₂的量

c．充入He，使体系总压强增大

d．按原比例再充入CO₂和H₂

（2）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Co^2＋氧化成Co^3＋，然后以Co^3＋做氧化剂把水中的甲醇氧化成CO₂而净化。实验室用下图装置模拟上述过程。

①阳极电极反应式为____________。

②除去甲醇的离子方程式为________________。

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甲醇是一种重要的化工原料，广泛应用于化工生产，也可直接用作燃料。已知：

CH3OH(l)+O2(g)CO(g)+2H2O(g)；

2CO(g)+O2(g)2CO2(g)。

下列说法或热化学方程式正确的是

A.CO的燃烧热为

B.2 mol CO和1 mol O2的总能量比2 mol CO2的总能量低

C.2CH3OH(l)+3O2(g)2CO2(g)+4H2O(g)

D.完全燃烧16g甲醇，生成一氧化碳和水时放出的热量为221.82 kJ

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甲醇是有机化工原料和优质燃料，主要应用于精细化工、塑料等领域，也是农药、医药的重要原料之一。回答下列问题：

(1)工业上利用CO2和H2反应合成甲醇。已知25℃ 101kPa下：

H2(g)+ O2(g)═H2O(g)　　 △H=﹣242kJ•mol﹣1

CH3OH(g)+ O2(g)=CO2(g)+2H2O(g)△H2=﹣676kJ•mol﹣1

①写出CO2和H2反应生成CH3OH(g)与H2O(g)的热化学方程式______

②下列表示该合成甲醇反应的能量变化示意图中正确的是______(填字母)

a. 　　 b. 　　 c. 　　 d.

③合成甲醇所需的H2可由下列反应制取：H2O(g)+CO(g)⇌H2(g)+CO2(g)，某温度下该反应的平衡常数K=1，若起始时c(CO)=1mol•L﹣1，c(H2O)=2mol•L﹣1，则达到平衡时H2O的转化率为______

(2)CO和H2反应也能合成甲醇：CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g)△H=﹣90.1kJ•mol﹣1，在250℃下，将一定量的CO和H2投入10L的恒容密闭容器中，各物质浓度(mol•L﹣1)变化如下表所示(前6min没有改变条件)

①x=______，250℃时该反应的平衡常数K=______

②若6～8min时只改变了一个条件，则改变的条件是______，第8min时，该反应是否达到平衡状态？______(填“是”或“不是”)

③该合成反应的温度一般控制在240～270℃，选择此温度的原因是：

Ⅰ.此温度下的催化剂活性；

Ⅱ.______

(3)甲醇在催化剂条件下可以直接氧化成甲酸，在常温下，20.00mL 0.1000mol•L﹣1NaOH溶液与等体积、等浓度甲酸溶液混合后所得溶液的pH______(填“＜”“＞”或“=”)原因是______(用离子方程式表示)

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氨气在生产、生活和科研中应用十分广泛 。

（1）传统工业上利用氨气合成尿素

①以CO2与NH3为原料合成尿素的主要反应如下：

2NH3(g)＋CO2(g)＝NH2CO2NH4(s)　　　 ΔH＝-159．47kJ/mol

NH2CO2NH4(s)＝CO(NH2)2(s)＋H2O(g)　　 ΔH＝+72．49kJ/mol

反应2NH3(g)＋CO2(g)＝CO(NH2)2(s)＋H2O(g) 　 ΔH＝_____________kJmol。

②液氨可以发生电离：2NH3(l)NH2－+NH4＋，COCl2和液氨发生“复分解”反应生成尿素，写出该反应的化学方程式______________。

（2）氨气易液化，便于储运，可利用NH3作储氢材料已知：2NH3(g)N2(g)+3H2(g) ΔH＝+92．4 kJ/mol 。

①氨气自发分解的反应条件是________________（填“低温” 或 “高温”）。

②其他条件相同，该反应在不同催化剂作用下反应，相同时间后，氨气的转化率随反应温度 的变化如图所示。

在600℃时催化效果最好的是________________（填催化剂的化学式）。c点氨气的转化率高于b点， 原因是________________。

（3）垃圾渗滤液中含有大量的氨氮物质(用NH3表示)和氯化物，把垃圾渗滤液加入到如图所示的电解池（电极为惰性材料）进行电解除去NH3，净化污水。该净化过程分两步：第一步电解产生氧化剂，第二步氧化剂氧化氨氮物质生成N2。

①写出电解时A极的电极反应式：________________。

②写出第二步反应的化学方程式：__________________。

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氨气在生产、生活和科研中应用十分广泛

（1）传统工业上利用氨气合成尿素

①以CO2与NH3为原料合成尿素的主要反应如下：

2NH3(g)＋CO2(g)＝NH2CO2NH4(s)　　　　　 ΔH＝－159.47 kJ·mol－1

NH2CO2NH4(s)＝CO(NH2)2(s)＋H2O(g)　　 ΔH＝+ 72.49 kJ·mol－1

反应2NH3(g)＋CO2(g)＝CO(NH2)2(s)＋H2O(g)　 ΔH＝　　 　　　　　　 　　 kJ·mol－1。

②液氨可以发生电离：2NH3(l)NH2－ + NH4＋，COCl2和液氨发生“复分解”反应生成尿素，写出该反应的化学方程式　　 　　　　　　　　　 　　 。

（2）氨气易液化，便于储运，可利用NH3作储氢材料

已知：2NH3(g)N2(g) + 3H2(g) ΔH＝+92.4 kJ·mol－1

① 氨气自发分解的反应条件是　　 　　　　　　　　 　 （填“低温” 或 “高温”）。

②其他条件相同，该反应在不同催化剂作用下反应，相同时间后，氨气的转化率随反应温度的变化如右图所示。

在600℃时催化效果最好的是　　 　　　　　　　　 　 （填催化剂的化学式）。c点氨气的转化率高于b点，原因是　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　 。

（3）垃圾渗滤液中含有大量的氨氮物质(用NH3表示)和氯化物，把垃圾渗滤液加入到如图所示的电解池（电极为惰性材料）进行电解除去NH3，净化污水。该净化过程分两步：第一步电解产生氧化剂，第二步氧化剂氧化氨氮物质生成N2。

①写出电解时A极的电极反应式： 　　　　　　　　　　　　 　　 。

②写出第二步反应的化学方程式：　 　　　　　　　　　　　　 　　 。

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目前有效控制及高效利用CO、的研究正引起全球广泛关注，根据中国化工报报道，美国科学家发现了几种新的可将CO、转化为甲醇的高活性催化体系，比目前工业使用的常见催化剂快近 90倍。

已知工业上可以利用制备涉及反应如下：

反应I：

反应II：

(1)写出工业上CO和制取甲醇的热化学方程式 ______ 。

(2)反应I能自发进行的条件是 ______。

(3)一定温度下，、CO在体积固定的密闭容器中发生如下反应：，下列选项能判断该反应达到平衡状态的依据有 ______ 。

A.该反应的平衡常数不变

的消耗速率等于的生成速率

C.容器内的压强保持不变

混合气体的密度保持不变

E.混合气体的平均相对分子质量不随时间而变化

(4)500K，恒容密闭容器中充入的 和仅发生反应I，该反应10min时生成 ，此时达到平衡：

①用氢气表示该反应的速率为 ______ 。

②该温度下，反应I的平衡常数为 ______ 。

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