原理綜合題考前沖刺訓(xùn)練

【基礎(chǔ)練習(xí)】

I.一氧化碳是合成氣和各類煤氣的主要成分，是有機(jī)化工的重要原料，也可用作燃料及精煉金屬的還原劑。

回答下列問(wèn)題:

(1)CO與H?、O?可以合成乙二醵，反應(yīng)為2co+C)2+5H2=HOCH2cH?OH+2H?0。已知：CO(g)、H?(g)、乙二

醇(1)的燃燒熱AH分另1J為-283.0kJ?mo〃、-285.8kJ.mol1>-1118.8kJ.mol1o貝I反應(yīng)

2CO(g)+O2(g)+5H2(g)=HOCH,CH2OH(1)+2H2O(I)的AH=—。

(2)工業(yè)合成光氣的原理為CO(g)+C"g)=COC"g)AHO一定條件下，在密閉容器中充入ImolCO與

ImolC1合成COCL，平衡時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率與溫度的倒數(shù)(")，壓強(qiáng)的關(guān)系如圖所示。

①若該反應(yīng)的娥變?yōu)樽蠡孛螈噬仙?，則溫度_____(填“大于”“小于”或“等于”)覆工時(shí)，該反應(yīng)自發(fā)。

AS

②省示中達(dá)到平衡所需要的時(shí)間最短的點(diǎn)是(填“a點(diǎn)”、,B點(diǎn)”或“c點(diǎn)”)。

(3)CH4-CO2重整反應(yīng)可獲得合成氣CO和H2,主要反應(yīng)如下：

反應(yīng)I：CH4(g)+CO2(g)2CCXg)+2H2(g)

反應(yīng)II：H2(g)+CO2(g)CO(g)+H2O(g)

反應(yīng)n【：CH4(g)+H;O(g)uCO(g)+3H2(g)

一定溫度下，起始時(shí)將ImolCH4和1.4molCO?的混合氣體充入某恒容密閉容器中，平衡時(shí)測(cè)得n(CO)=1.8mol,

CH」和H?0的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)相等。

①平衡時(shí)甲烷的轉(zhuǎn)化率為。

②若起始?jí)簭?qiáng)為l2kPa,則該溫度下反應(yīng)U的平衡常數(shù)Kp=為用分壓表示的平衡常數(shù)，分壓=總壓x

物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)，結(jié)果保留二位有效數(shù)字)。

（4）八板基二鉆[CO2（CO）M主要用作右機(jī)化合物?；磻?yīng)的催化劑，可由C。與CO在高溫島壓條件下直接合

成，Co式CO%中碳原子是該配位化合物的配原子，其理由是。

（5）研究人員開(kāi)發(fā)出了不需要將CO?溶解在水溶液中，而是通過(guò)采用多孔催化劑電極將CO?轉(zhuǎn)化為CO的電解池,

工作原理如圖1所示。為了使CO?氣體直接發(fā)生反應(yīng)，需要在催化劑層內(nèi)形成大量的由CO式氣體）、HQ（液體）、

催化劑（固體）聚集而成的三相界面，如圖2所示。

①明極的電極反應(yīng)式為

②標(biāo)準(zhǔn)狀況卜.,二氧化碳按22.4L?mi屋的氣流速率通過(guò)該裝置,電解20min后，測(cè)得電解效率

n（生成CO所用的電子）

T](CO)=80%[n(CO)=x100%]和選擇性S(CO)=90%[S(CO)=

n（通過(guò)電極的電子）

n（生成CO所用的CO?）

xlOO%],若通過(guò)某電極的電子全部用來(lái)生成氧氣，理論上產(chǎn)生O"勺質(zhì)量為

n（通過(guò)的COJ_____g。

2.為實(shí)現(xiàn)碳中和，將CO?在一定條件下轉(zhuǎn)化為化工原料，其中CO?和H?可發(fā)生如下兩個(gè)平行反應(yīng):

1

I.CO2(g)+3H2(g)^CH3OH(g)+H2O(g)AW,=-57.8kJ.moE

II.CO2(g)+H2(g)^CO(g)+H2O(g)A%=+4L2kJmoL

c(CHQH)

(1)某反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K/N，/二、則該反應(yīng)的_________

C(CO)C-(H2)

（2）一定條件下，向恒壓密閉容器中以一定流速通入CO?和H?混合氣體，COz平衡轉(zhuǎn)化率和CHQH選擇性

n（生成的CHQH）

?與消耗的8JxlOO%1隨溫度、投料比的變化曲線如圖所示。

100-f25<

<

8o型

起-4207

?15-

.X?(CO2):/7(H2)=1:3汜

照10

6o5超

.zgz?(CO2)://(H2)=l:4

反

H小

O4oW

CC

HO

。4。

2O

200240280320360

溫度/℃

①表示CO?平衡轉(zhuǎn)化率的曲線是（填“L1”或，L"），co?平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度升高發(fā)生如圖變化的原因

是。

②生成CHQH的最佳條件是（填標(biāo)號(hào)）。

a.220*C,n（CO2）:n（H2）=l:3b.220C,n（CO2）:n（H2）=l:4

c.320℃,n（CO2）:n（H2）=l:3d.320℃,n（CO2）:n（H2）=l:4

（3）一定溫度下，向恒壓密閉容器中通入lmolC5（g）和3moi乩⑵，充分反應(yīng)后，測(cè)得CO2平衡轉(zhuǎn)化率為明

CH30H選擇性為b,該溫度下反應(yīng)I的平衡常數(shù)（=（尤為以物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)表示的平衡常數(shù)）。

（4）甲靜既是重要的化工原料，又可作為燃料。卜圖是甲醇（CHQH）燃料電池的工作原理示意圖。

二

一

一AB

氧

燃

燃

氧

化

料

料

電

KO溶

O液H

劑

室

電

極

室?

極

二

二

該燃料電池內(nèi)部電流的方向?yàn)椋ㄌ睢癆->B7“BfA”），負(fù)極的電極反應(yīng)式為

3.溶解過(guò)程常伴隨熱量變化。

I.配制500mL0.5mol/L鹽酸。

（1）需12mol/L濃鹽酸的體積為mL（精確至小數(shù)點(diǎn)后一;立）。

（2）該過(guò)程不需用到的儀器有（填標(biāo)號(hào)）。

(3)下列操作會(huì)導(dǎo)致所配制溶液的濃度偏高的是___________(填標(biāo)號(hào))。

A.轉(zhuǎn)移溶液時(shí)部分溶液灑出B.轉(zhuǎn)移溶液時(shí)未洗滌燒杯內(nèi)壁

C.定容時(shí)俯視刻度線D.加水超過(guò)刻度線，將多余液體吸出

II.測(cè)定5(0眼的溶解焰：Ca(0H)2(s)=Ca2+(叫)+20H-(aq)

已知：Ca(OH):在不同溫度下的溶解度如下表：

溫

度10203040

/℃

溶

解0.180.170.150.14

度上

(4)利用量熱法測(cè)定

初步實(shí)驗(yàn)甲同學(xué)取一定質(zhì)量Ca(OH)z固體完全溶解于一定體積的水中，利用量熱計(jì)測(cè)算溶解前后體系的溫度

差，代入公式Q=cpM/AT,再計(jì)算得出△3，［Ca(OH)』。

發(fā)現(xiàn)問(wèn)題①甲同學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果誤差較大，乙同學(xué)結(jié)合Ca(OH)］在水中的溶解性，分析其原因是。

優(yōu)化實(shí)驗(yàn)②乙同學(xué)根據(jù)相關(guān)原理間接測(cè)算△⑹”［Ca(OH)J：光測(cè)算Ca(OH)?固體與過(guò)量稀鹽酸反應(yīng)

Ca(OH)Js)+2H+(aq)=Ca2+(aq)+2Hq(l^“^^A"|=4kJ.moL；再測(cè)算反應(yīng)________(填離子方程式，需

注為物質(zhì)的聚集狀態(tài))的焰變A/ikJ.mol"。最后，計(jì)算得出、”［。(。叫］為(a—M)kJ.moL。

(5)為避免實(shí)驗(yàn)過(guò)程熱最損失引起實(shí)驗(yàn)誤差，該小組同學(xué)嘗試其他實(shí)驗(yàn)方案。

查閱資料不同溫度下，物質(zhì)的溶度積常數(shù)與滿足卬=(-A*)X，+C(R、C為常數(shù)，

/?=8.314xl03kJmolK",)

實(shí)給思考①根據(jù)Ca(OH)2飽和溶液中c(Ca")和4OH］的關(guān)系，推出K」Ca(OH)2］=［用僅含

c(0ir)的式子表示，忽略水的電離］。測(cè)定不同溫度下Ca(OHb飽和溶液的pH,再結(jié)合相應(yīng)溫度下水的離子

積常數(shù)K、、,即可求算出不同溫度下^[ca(OH)2]。

設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案1將20c的Ca(OH%飽和溶液逐步升溫至40℃,每隔5c測(cè)量并記錄溶液pH：

方案2將40C的CalOH%飽和溶液逐步降溫至20C,每隔5c測(cè)量并記錄溶液pH。

②應(yīng)選擇(填“方案1”或“方案2”)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；選擇該方案的依據(jù)是o

數(shù)據(jù)處理繪制h】K」Ca(OH)2]現(xiàn)土的變化曲線如圖。

艱-10.5

--10.6

-10.7

-10.8

-10.9

③根據(jù)公式，利用直線的斜率值，計(jì)算Az〃[Ca(OH)2]=kJ-u⑹一(保留二位有效數(shù)字)。

4.碘及其化合物在醫(yī)學(xué)、材料科學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用，其獨(dú)特的化學(xué)性質(zhì)和多樣的反應(yīng)機(jī)制一直是

科學(xué)研究的熱點(diǎn)。

(1)25℃、lOOkPa時(shí)，物質(zhì)的化學(xué)鍵鍵能數(shù)據(jù)如下表：

化學(xué)鍵Cl—ClI—ICl—I

鍵輪/(kJmoL)242152161

則反應(yīng)3a2(g)+l2(g)=2ICh(g)，：g)的△"=kJ.mo「，該反應(yīng)的活化能：％卜：g逆(填

(2)W.Nernst曾經(jīng)研究了碘化氫熱分解的平衡問(wèn)題。低溫時(shí)將一定量的碘化氫引入一個(gè)真空剛性容器中，然后升

溫使其分解：2HI(g)^I2(g)+H2(g)A//>0(I),平衡時(shí)氫氣體積分?jǐn)?shù)x(Hj與溫度，的關(guān)系如圖所示。

0~~~~~~1—

25075012501750

//℃

①隨溫度升高逐漸增大的原因是。

②若平衡后再充入一定量HI,碘化氫的平衡轉(zhuǎn)化率將(填“增大”、"減小”、"不變

③l75。C時(shí)，容器內(nèi)的壓強(qiáng)為P|kPa,則反應(yīng)(1)的勺=o

(3)R.H.Purccll等人曾經(jīng)將足量碘化鉞放入一個(gè)真空剛性容器中，并加熱至1750C,發(fā)生反應(yīng)

NHJ(s)UNH，(g)+HI(g)(II),開(kāi)始僅有氨氣和碘化氫兩種氣體生成，平衡時(shí)容器內(nèi)壓強(qiáng)為小kPa,然后

碘化氫慢慢分解(發(fā)生反應(yīng)I)，再次達(dá)到平衡時(shí)，容器內(nèi)壓強(qiáng)將(填“增大”、“減小”、“不變”)；P(NH，)=

5.研究二氧化碳的利用對(duì)實(shí)現(xiàn)碳中和有重要意義。以C02、比為原料合成CH.QH涉及的反應(yīng)如下:

主反應(yīng)：CO2(g)+3H2(g)^CH3OH(g)+H2O(g)AH,=^9.5kJmor'

副反應(yīng)：CO2(g)+H2(g)^CO(g)+H2O(g)AH2=+40.5kJmol

回答卜列問(wèn)題：

(1)部分化學(xué)鍵的鍵能如下表:

化學(xué)鍵H-HC-HCOO-H

鍵能/(kJ/mol)436414326464

則C=O的鍵能為kJ.mor'o

(2兩〃起始篦)=匕3的混合氣體分別置于Pi、

P2的恒壓密閉容器中同時(shí)發(fā)生主反應(yīng)和副反應(yīng),不同溫度下體

〃起始(也)

”(CHQH)

系中CCh(g)的平衡轉(zhuǎn)化率和CH30H(g)、CO(g)的選擇性如下圖所示J如CH30H(g)選擇性=

〃(參加反應(yīng)的COJ

②PiP2(填“〉”或y’)，理由是o

③溫度高于250C,曲線C上升的原因是。

④在230匕和壓強(qiáng)為P,時(shí)，主反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)的分壓平衡常數(shù)Kp=(用含P.的計(jì)算式表示).

(3成國(guó)科學(xué)家設(shè)計(jì)了一種利用活性催化電極吸收二氧化碳制備甲酸(甲酸鹽)的裝置，其原理如圖所示。

【能力提升】

6.隨著我國(guó)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)的確定，C0?資源化利用倍受關(guān)注。

（1）回收利用CO2是目前解決長(zhǎng)期載人航天艙內(nèi)（如空間站）供氧問(wèn)題的有效途徑，科研人員研究出其物質(zhì)轉(zhuǎn)化途

徑如圖，反應(yīng)A為CO2（g）+4H2（g）^CH4（g）+2H2O（g）,是回收利用CCh的關(guān)鍵步驟。

（應(yīng)A

co2

呼吸

NCH,（暫未利用）

O2H,0

應(yīng)基/

①已知：2H2（g）+Ch（g）=2H2O（g）AH=-483.6kJmor'

CH4（g）+2O2（g）=2H2O（g）+CO2（g）AH=-802.3kJmoH

反應(yīng)A的AH=kJmol-1

②空間站的反應(yīng)器內(nèi)，通常采用反應(yīng)器前段加熱，后段冷卻的方法來(lái)提高反應(yīng)A的CCh的轉(zhuǎn)化效率，可能的原

因是o

（2乂居?報(bào)道以二氧化碳為原料采用特殊的電極電解強(qiáng)酸性的二氧化碳水溶液可得到多種燃料，其原理如圖所示。

---------1--------

質(zhì)子透過(guò)膜

①該JL藝中能量轉(zhuǎn)化方式主要有（寫出其中一種形式即可）。

②電解時(shí)其中b極上生成乙烯的電極反應(yīng)式為。

(3)某研究小組使用Zii-Ga-O催化劑實(shí)現(xiàn)了CO?合成甲爵，具可能的反應(yīng)歷程如題圖所示。

已知：也在Zn-Ga-O表面解離產(chǎn)生的H*參與CO］的還原過(guò)程；

Zn-Ga-O無(wú)催化活性，形成氧空位后有助于CO?的活化。

注：口表示氧原子空位，*表示吸附在催化劑上的微粒。

①理論上，每生成ImolCH.QH,該反應(yīng)歷程中消耗H*的物質(zhì)的量為moU

②若原料氣中比比例過(guò)低或過(guò)高都會(huì)減弱催化劑活性，原因是。

7.制備二甲醛(CH30cH3)的方法之一為：

i.CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)AWI=-90.7kJmor'&；

ii.2CH3OH(g)^CH3OCH3(g)+H2O(g)△/7,=-23.5kJ-mol'K-

回答F列問(wèn)題：

(1)反應(yīng)4H2(g)+2CO(g)=CH30cH,(g)+Hq(g)的AH=kJ-mo「，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=—

(用~、勺表示)。

(2陳恒溫恒壓條件下僅發(fā)生反應(yīng)：4H2(g)+2CO(g)CH5OCH5(g)+H2O(g)o起始時(shí)H?、CO物質(zhì)的量之比

為2:1,CH,OCH,的平衡體積分?jǐn)?shù)。(CHQCHJ對(duì)應(yīng)圖1中的a點(diǎn)，若調(diào)節(jié)起始時(shí)也、CO物質(zhì)的最之比為3.5:1,

則CHQCH,的平衡體積分?jǐn)?shù)可能對(duì)應(yīng)圖1中的(填“b”“c”或"d")點(diǎn)。下列不能說(shuō)明該反應(yīng)已達(dá)到平衡

狀態(tài)的是(填字母)。

MCH30cH3)

O23.5n(H2)

〃(CO)

圖1

A.凡、CO、CHQCHi、HQ的反應(yīng)速率之比為4：2:1:1

B.混合氣體的平均摩爾質(zhì)量保持不變

C.容器中氣體的密度保持不變

D.斷裂4個(gè)H-H鍵，同時(shí)斷裂2個(gè)H-0鍵

(3詡合成氣按力興=1：1通入密閉反應(yīng)器中，在壓強(qiáng)為p的條件下發(fā)生反應(yīng)：

3H2(g)+3CO(g)-CH3OCH3(g)+CO2(g),CO的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度的變化關(guān)系如圖2所示。該反應(yīng)中反應(yīng)

物的總能量_________(填"V"或”＞、')生成物的總能量，溫度為工時(shí)，CO2的平衡分壓為，該溫度下，該

(4)光能儲(chǔ)存一般是指將光能轉(zhuǎn)換為電能或化學(xué)能進(jìn)行儲(chǔ)存，利用太陽(yáng)光、C02,H。牛.成CHQCH,的光能儲(chǔ)

存裝置如圖3所示，則b極的電極反應(yīng)式為。

8.NH,與Ag+形成配合物有利于固體AgCI溶解，向AgCl懸濁液中充入NHj存在如下過(guò)程：

I.AgCl(s)uAg+(aq)+C「(aq)KSp=10%4

++

II.Ag(aq)+NH3(aq)^±[Ag(NH3)](aq)AH1<0/C,

+，

HLNH3(aq)+[Ag(NH3)](aq)F-[Ag(NH3)2](aq)AA72<O/f2=^

J

回答下列問(wèn)題：

(1)反應(yīng)IVAg*(aq)+2NH3(aq)=「Ag(NH3)JSq)A，3=____(用含△■、的式子表示),

(2)下列有關(guān)上述過(guò)程的說(shuō)法，正確的有(填標(biāo)號(hào))。

A.向AgCI懸濁液中加水后溶液中離子的總數(shù)增加

B.c(Ag,).《C「)保持不變時(shí)，說(shuō)明反應(yīng)達(dá)平衡

C.pH減小有利于［Ag(NHj］的生成

D.升高溫度，［Ag(NHj1濃度一定減小

常溫下，研究小組利用飽和AgCI溶液，Co(NHj不同的系列溶液，測(cè)得平衡時(shí)含銀粒子｛Ag，

［Ag(NH3)T、［Ag(NHj］+｝的濃度隨％(NHJ的變化曲線如圖所示，變化過(guò)程中其他含氮微粒及含銀粒子均

忽略不計(jì)。

(

.一

二

。

忑

窗

彩

小

公

超

出

11

(3)人點(diǎn)對(duì)應(yīng)。初(兇43)=0.10101?1；1經(jīng)5min達(dá)A點(diǎn)，則u(NHj=mol-rmin,常溫下反應(yīng)U的

&=,在C點(diǎn)時(shí)％(NHJ=molL-'o

(4)［Ag(NHj1中H-N-H鍵角(填“大于”或“小于”)氨氣分子中H—N-H鍵角，理由是。

(5)C點(diǎn)之后z對(duì)應(yīng)的粒子濃度大于y對(duì)應(yīng)的粒子濃度的原因可能是°

9.利用工業(yè)廢氣CO2制甲醇的反應(yīng)原理CCh(g)+3H2(g)UCH30H(g)+H2O(g)aHi,可以一定程度擺脫當(dāng)下對(duì)

化石燃料的依賴。

(1)上述反應(yīng)的△Hi0(填“>”、"v”或“=”)。

(2南?l.OmoICCh和3.0molH2充入2L恒容密閉容器中，使其按反應(yīng)CO2(g)+3H2(g)=CH30H(g)+H2(D(g)進(jìn)行，

在不同催化劑作用下，相同時(shí)間內(nèi)CO2的轉(zhuǎn)化率隨溫度變化如下圖所示。下列說(shuō)法正確的是。

卓

、

爵

3

?80

O

J60

催化劑I

催化劑nr

催化劑in?

7]T2T：tT4T5溫度/K

A.T3對(duì)應(yīng)的平衡常數(shù)小于T,對(duì)應(yīng)的平衡常數(shù)

B.根據(jù)圖中曲線分析，催化劑I的催化效果好

C.b點(diǎn)v正可能等于v逆

D.a點(diǎn)的轉(zhuǎn)化率比c點(diǎn)高可能的原因是該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升溫平衡逆向移動(dòng)，轉(zhuǎn)化率降低

(3)在VL密閉容器中，充入不同氫碳比的原料氣體，控制溫度600K,發(fā)生上述反應(yīng)，請(qǐng)?jiān)谙聢D畫出達(dá)到平衡

時(shí)CHAOH在混合氣體中的體積分?jǐn)?shù)隨氫碳比遞增的變化趨勢(shì).

》(CH0H)/%

(4)現(xiàn)向恒溫恒壓(O.IMPa)的密閉容器中充入ImoICCh,3molH?和6moiHe,上述反應(yīng)達(dá)平衡札測(cè)得CO?的

轉(zhuǎn)化率為20%,則該反應(yīng)的KP=(精確到小數(shù)點(diǎn)后一位)MPa2(用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算，分壓二總壓

x物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。

,

(5)CO2制備CH30H的過(guò)程中，往往伴隨著另一反應(yīng)發(fā)生：COz(g)+H2(g)^CO(g)+H2O(g)△H3=40.9kJ-mol,

從而導(dǎo)致CH30H的選擇性下降，有研究表明，在原料氣中摻入適量CO,能提高CH30H的選擇性，試說(shuō)明其

可能的原因：o

10.光氣(CO。?)是一種重要的有機(jī)中間體，在染料、農(nóng)藥、醫(yī)藥等方面有著廣泛應(yīng)用。

(1)CO02中：鍵角N0-C-C1鍵角NC1CC1(填“>”、"V"或"=")。

(2)實(shí)驗(yàn)室可用CC14與發(fā)煙硫酸反應(yīng)制備光氣，方程式可表示為CCL+SOLCOC12+SO￡12,若反應(yīng)在高溫下才

可自發(fā)，說(shuō)明該反應(yīng)_____(“吸熱”或“放熱”)。

(3)一種將甲烷光照氯化再氧化獲得光氣的方法如下：

1

反應(yīng)i：CH4(g)+3Cl2(g)=CHCl5(g)+3HCl(g)AH.-301.2kJ-mol

反應(yīng)ii：2CHCl3(g)+O2(g)=2COCl,(g)+2HCI(g)AH2=-416.6kJ-mol

已知該溫度下，上述物質(zhì)的相對(duì)能量如下表。

CH(g)O

物質(zhì)45(g)CHCl3(g)HCl(g)2(g)COCl2(g)

相對(duì)能量

-74.80-99.1-92.30a

(kJmol)

①a=kJ-mol-1o

②為減慢甲烷氯化速度，可以采取的措施有。

A.減弱光照強(qiáng)度B.縮短反應(yīng)時(shí)間C.降低氯氣濃度D.通入高濃度HC1

(4)工業(yè)上制備光氣的原理如下：CO(g)+Cl2(g)=COCl2(g)△H=-108kJmo『。在2.0MPa下，測(cè)得不同溫度時(shí)

平衡體系中COC%體積分?jǐn)?shù)隨起始投料比？黑的變化如圖。

Md)

①工、04溫度由高到低的順序是,判斷依據(jù)為,

②M點(diǎn)CO的轉(zhuǎn)化率為(保留兩位有效數(shù)字，下同)，G溫度下Kp=MPa-'o

【拓展練習(xí)】

II.CO?的捕集與轉(zhuǎn)化是當(dāng)今科學(xué)研究的重要課題。

(1)CC)2催化加氫合成二甲醛是一種co?的轉(zhuǎn)化方法，其過(guò)程中發(fā)生的反應(yīng)如下:

,

反立①：co2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)AH1=+41.2kJmorK,

反應(yīng)②：2CO(g)+4H2(g)CH.OCH3(g)+H2O(g)AH2=—204.9kJ.moLK2

CO2催化加氫合成二甲醛的熱化學(xué)方程式為o

⑵利用二氧化碳制備甲醇的反應(yīng)為CO式g)+3H式g)uCHQH(g)+H,O(g)AH<()。TC下，將6molCO2(g)和

8moiH?(g)充入容積為2L的恒容容器中，發(fā)生上述反應(yīng)，測(cè)得為系中剩余H?(g)的物質(zhì)的量隨時(shí)間變化如圖1

中狀態(tài)I所示。

8■狀態(tài)I

：□狀態(tài)n二：;二

6

|5。r□狀態(tài)m二H

--4---4-g—

-1--E(5,4)r__r_r_F(9.5,4)：■

4

圖

①T℃下，0~lmin內(nèi)甲醇的反應(yīng)速率NCHQHh(保留兩位有效數(shù)字)mol.L，minT,反應(yīng)在該狀態(tài)

下達(dá)到平衡時(shí)H,的轉(zhuǎn)化率為。

②若保持投料量不變，反應(yīng)在圖1狀態(tài)II下達(dá)到平衡后容器內(nèi)的壓強(qiáng)為pkPa,則該條件下反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp=

(用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算，列出計(jì)算式)kPa"。

③保持投料量不變，僅改變某一個(gè)條件后，測(cè)得〃(H?)隨時(shí)間變化如圖1中狀態(tài)IH所示，與狀態(tài)I相比，狀態(tài)

III改變的條件可能是O

④C。?加氫制甲醇過(guò)程中存在副反應(yīng)CO式g)+H2(g)=CO(g)+Hq(g)AH>0o在恒溫密閉容器中，維持壓

強(qiáng)和投料比不變，將CO?和H?按一定流速通過(guò)反應(yīng)器，CO2轉(zhuǎn)化率(a)和甲醇選擇性

HCHQH『磊圜1x1。。％］隨溫度變化關(guān)系如圖2所示:

12.060.0

9.5L_._._._._J56.0

232236240244248252

77℃

圖2

若233~251℃催化劑的活性受溫度影響不大，分析235℃后圖中曲線下降的原因:

(3成國(guó)學(xué)者探究了不同催化劑作用下電化學(xué)還原CO］生產(chǎn)HCOOH的催化性能及機(jī)埋，并通過(guò)DFT計(jì)算催化劑

表面該還原過(guò)程的物質(zhì)的相對(duì)能量，如圖3所示(帶“”表示物質(zhì)處于吸附態(tài))。試從圖3分析，最優(yōu)的催化劑為

(填“單金屬Bi'Biln合金”或“單金屬In”)催化劑。

0.6-一一Bi

----BiinX*HCOOH

0.4-~In

0.2-

CO(g)

0.0-2

?HCOOH(l)

-0.2-

*CO2\/

-0.4-

圖3

12.二氧化碳與氫氣在一定條件下可制備甲醛(HCHO)、甲酸(HCOOH)和甲醇(CHQH)等有機(jī)物?；卮鹣铝袉?wèn)

題:

(1)制備甲醛：反應(yīng)機(jī)理如下圖所示［2%值)+02&)=2凡0(8)AHJ

H(g)

①CC)2(g)+2H2(g)UHCHO(g)+H2O(g)AH=(用△、、△%、△乩表示)。

②將等物質(zhì)的量的co?與H：充入恒溫恒容密閉容器中發(fā)生反應(yīng)CO2(g)+2H2(g)=HCHO(g)+H2O(g),不能說(shuō)明

該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的足.(填字母)。

a.CO?的物質(zhì)的量保持不變

b.單位時(shí)間內(nèi)斷裂2molH-H鍵的同時(shí)斷裂2molC-H鍵

c.容器內(nèi)混合氣體的平均摩爾質(zhì)量不變

d.容器內(nèi)混合氣體的密度保持不變

(2)制備甲酸：反應(yīng)原理為CO?(gHH式g)=HCOOH(g)AH-

已知：vjE=kiEc(CO2)-c(H2),v龍二k逆c(HCOOH),k正、k逆為速率常數(shù)，Igk與溫度的關(guān)系如圖所示。

若溫度升高，則k泄（填“增大”“減小”或“不變》該反應(yīng)的AH（填或"=”）0.

（3）CO?催化加氫制甲醇也是碳循環(huán)的重要途徑。CO?在某催化劑表面與氫氣作用制備甲醇的反應(yīng)機(jī)理如圖所示。

催化循環(huán)中產(chǎn)生的中間體微粒共種。

（4）在T℃時(shí)，將CO2、比、N2按物質(zhì)的量之比為6：11：1充入容積為10L的恒容容器中，初始?jí)簭?qiáng)為％kPa,

只發(fā)生CO2（g）+3H2（g）WCH3OH（g）+H2O（g）（AH《））（N2不參加反應(yīng)），測(cè)得體系中剩余H2的物質(zhì)的量隨時(shí)間變

化如圖中狀態(tài)I所示。在狀態(tài)I中，平衡時(shí)壓強(qiáng)為初始?jí)簭?qiáng)的三0，H2的體積分?jǐn)?shù)為1;。

8

6

I

C4

H

r2

溫度T℃時(shí)，狀態(tài)I中，0Mmin內(nèi)的平均速率v（CH30H尸molLfminT（保留三位有效數(shù)字），該反應(yīng)

2

的壓強(qiáng)平衡常數(shù)KP=kPa-o（用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算）

13.以工業(yè)廢氣中的CO?為原料催化加氫制備甲醇具有較好的發(fā)展前景。涉及以下反應(yīng)：

,

I.CO2（g）+3H2（g）F±CH3OH（g）+H2O（g）AH=-49.4kJiwr

1

II.CO2（g）+H2（g）^CO（g）+H2O（g）AH2=+41kJ-moP

HI.CX）（g）+2H2（g）^CH3OH（g）AH3

（1）AH3-kJ-moL。計(jì)算機(jī)模擬III的反應(yīng)歷程及能量變化如圖所示（TS代表過(guò)渡態(tài)，IM表示中間產(chǎn)物）。

催化劑主要降低反應(yīng)歷程中第步的能壘（填序號(hào)）。

500-430.2

400-TS2總門4

3ooS1310.0話5意)

L-

EO2oo

IP1oo2招S185.1

;IM，IM2

語(yǔ)

褪o

安CO(g)+2H(g)

定1OO2

-200

①②③⑷

反應(yīng)歷程

n(生成X消耗的CO?)

(2)已知：X的選擇性S(X)=xl00%。將3mo叫和ImolCO?充入密閉恒壓容器中進(jìn)行上述

n(參與反應(yīng)的CO?)

反應(yīng)，平衡時(shí)，CO?轉(zhuǎn)化率“CO?)、CH30H選擇性和、CO選擇性S?隨溫度的變化關(guān)系如圖所示。則圖中表

示加變化的曲線是(填標(biāo)號(hào))；當(dāng)溫度高于27()℃時(shí)，a(C02))逐漸增大的原因是。條件不變,

原料氣中增加0.4molCO(g),在某溫度下達(dá)到平衡，測(cè)得a(CC)2)=0.1,〃(CHQH)=0.35,則〃(CO)=

molo

%

、00

480

世60

招40

徭

爵

太

漱

邂20

詳1

50200250270300350溫度/(

(3)一定條件下，將3moi也和ImolCO?充入恒容密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng)。不同時(shí)間容器內(nèi)的壓強(qiáng)見(jiàn)下表，平

衡時(shí)測(cè)得體系內(nèi)CO的摩爾分?jǐn)?shù)為10%。

〃min0510152025

p/kPa6.05.555.24.954.84.8

該溫度下反應(yīng)用的平衡常數(shù)Kp=kPa=(列出計(jì)算式即可)。

14.苯乙烯是很重要的化工原料,

(1)己知下列反應(yīng)的熱化學(xué)方程式：

①2c6H5c2H5(g)+21C>2(g)=16CO2(g)+10H2O(g)AH.=-8773.8kJ-moK1

②C6II5CII-CII2(g)4-10O2(g)-8CO2(g)+4II2O(g)AH2=-4263.1kJ-mol

③2H式g)+O?(g)=2H2O(g)AH,=-483.6kJ-mol

計(jì)算反應(yīng)④C,,HCH式g)-C6H.CH=CH2(g)+H2(g)的AH,=kJ?moL。

(2)通過(guò)計(jì)算反應(yīng)④的AH,,判斷該反應(yīng)在________(填嘀溫”，“低溫”)下能自發(fā)反應(yīng)。

(3)TC,向體積可變的密閉容器中充入Imol氣態(tài)乙苯發(fā)生反應(yīng)④，其平衡轉(zhuǎn)化率為50%,欲將平衡轉(zhuǎn)化率提

高至75%,需要向反應(yīng)器中充入mol水蒸氣作為稀釋氣(計(jì)算時(shí)忽略副反應(yīng))。

(4)在9I3K、lOOkPa下，以水蒸氣作稀釋氣。go,作催化劑，乙茶除脫氫生成苯乙烯外，還會(huì)發(fā)生如下兩個(gè)副

反應(yīng):

1

⑤C6Hse2H5(g)UC6H6(g)+CH產(chǎn)CH2(g)AH5=+105.5Umor

@C6H5C2H5(g)+H2(g)UC6H5CH,(g)+CH4(g)AH6=-152kJ-moL

以上反應(yīng)體系中，芳香蜂產(chǎn)物苯乙烯、苯和甲苯的選擇性(S=轉(zhuǎn)化為里荒的量X100%)隨乙苯

已轉(zhuǎn)化時(shí)乙本總f里l.

轉(zhuǎn)化率的變化曲線如圖所不，其中曲線b代表的產(chǎn)物是,理由是。

(5)關(guān)于本反應(yīng)體系中催化劑FeO的描述不氐哪的是。

a.X射線衍射技術(shù)可測(cè)定Feq；晶體結(jié)構(gòu)b.可改變乙苯平衡轉(zhuǎn)化率

c.FeQ,降低了乙苯脫氫反應(yīng)的活化能d.改變Fe/\顆粒大小不影響反應(yīng)速率

(6)乙苯脫氫反應(yīng)的高溫和還原性氣氛會(huì)導(dǎo)致電。、還原，引發(fā)結(jié)焦(積碳)和燒結(jié)失活。試解釋以Feq,作催化劑,

用水蒸氣作稀釋氣時(shí)能提高苯乙冊(cè)選擇性的原因_________。

15.甲烷重整過(guò)程會(huì)產(chǎn)生積碳使催化劑失活，通過(guò)加入CO-*0或3可以在一定條件下減少或消除積碳。

反應(yīng)分別為：

反應(yīng)1：CH4(g)^C(s)+2H2(g)△K=+74.9kJmoL

反應(yīng)2：CH4(g)+CO2(g)2C0(g)+2H2(g)△%=+247.3kJmoL

反應(yīng)3：CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)△%=+205.2kJmol”

反攻4：CH4(g)+102(g)CO(g)+2H2(g)A//4=-35.6kJmol'

(l)C(s)摩爾燃燒焰△也=(用含△%、八也、的代數(shù)式表示)。根據(jù)以上數(shù)據(jù)，摩爾燃燒焙：CO(g)

H式g)(填“>"，或“無(wú)法判斷”)。

(2潞〃(CHJ:〃(COJ=1:1的混合氣體置于恒溫恒壓的密閉容器中，忽略反應(yīng)3與反應(yīng)4。測(cè)得充分反應(yīng)后積

碳立生最［C(s)占體系中碳總晟的摩爾分?jǐn)?shù)］與溫度、壓強(qiáng)之間的關(guān)系如圖。

-?-0.05MPa

—0.10MPa

—0.50MPa

--1.00MPa

—5.00MPa

%

/

定

舟

忙

裁

庭

600700800900100011001200

反應(yīng)溫度FC

①溫度升高會(huì)導(dǎo)致積碳減少或完全消失，原因?yàn)?。在a點(diǎn)向容器中通入一定量N2,則積碳產(chǎn)生量會(huì).

(填“增大”、“減少”或“不變”)。

②在TC、pkPa條件下，充分反應(yīng)后，容器體積增加了25%,反應(yīng)1的壓強(qiáng)平衡常數(shù)為1^kPa,貝帆時(shí)CO的

分壓為kPa,反應(yīng)2的壓強(qiáng)平衡常數(shù)為(=kPa?。此時(shí)，下列能夠促使反應(yīng)2正向移動(dòng)的

有(填標(biāo)號(hào))。

A.加入少量C(s)B.升高溫度C.加入合適催化劑D.以上均不可

參考答案

1.⑴-876.2kJ.mol"

⑵小于a點(diǎn)

(3)80%0.643

(4)碳元素的電負(fù)性比氧元素小，容易給出孤電子對(duì)

(5)CO,+2e+H2O=CO+2OH-360

2.(1)-99.0kJ/mol

(2)L2反應(yīng)I是放熱反應(yīng)，反應(yīng)n是吸熱反應(yīng)，升高溫度，反應(yīng)n正向移動(dòng)的程

度大于反應(yīng)I逆向移動(dòng)的程度，coz平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度的升高而增大d

?%(4-2海

()(1一-2〃〃)'

(4)AfBCHOH-6e+8OH-=CO5+6Hq

3.(1)20.8

(2)AC

(3)C

+

(4)Ca(OH)?的溶解度小(或“Ca(OH)2微溶于水〃)H(aq)+OH-(aq)=H;O(I)

(5)^C3(OH)方案1Ca(OH%溶解度隨溫度升高而降低，利用方案1可得

到不同溫度下的飽和溶液-16.6

4.(1)-88<

(2)該反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，升高溫度，平衡正向移動(dòng)，MH?)增大不變!

⑶增大叵

6

5.(1)1070

(2)