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9.催化還原CO2是解決溫室效應及能源問題的重要手段之一,研究表明,在Cu/ZnO催化劑存在下,CO2和H2可發(fā)生兩個平行反應,分別生成CH3OH和CO,反應的熱化學方程式如下:
CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)△H1=-53.7kJ•mol-8
CO2(g)+H2(g)?CO(g)+H2O(g)△H2
某實驗室控制CO2和H2初始投料比為1:2.2,在相同壓強下,經過相同反應時間測得如下實驗數據:
T(K)催化劑CO2轉化率(%)甲醇選擇性(%)
543Cat.112.342.3
543Cat.210.972.7
553Cat.115.339.1
553Cat.212.071.6
[備注]Cat.1:Cu/ZnO納米棒;Cat.2:Cu/ZnO納米片;甲醇選擇性;轉化的CO2中生成甲醇的百分比
已知:①CO和H2的標準燃燒熱分別為-283.0kJ•mol-1和-285.8kJ•mol-1
②H2O(1)═H2O(g)△H3=44.0kJ•mol-1
請回答(不考慮溫度對△H的影響):
(1)反應I的平衡常數表達式K=$\frac{c(C{H}_{3}OH)c({H}_{2}O)}{c(C{O}_{2}){c}^{3}({H}_{2})}$;反應Ⅱ的△H2=+41.2kJ•mol-1
(2)有利于提高CO2轉化為CH3OH平衡轉化率的措施有CD.
A.使用催化劑Cat.1  
B、使用催化劑Cat.2
C、降低反應溫度  
D、投料比不變,增加反應物的濃度
E、增大 CO2和H2的初始投料比
(3)表中實驗數據表明,在相同溫度下不同的催化劑對CO2轉化成CH3OH的選擇性有顯著的影響,其原因是表中數據表明此時未達到平衡,不同的催化劑對反應Ⅰ的催化能力不同,因而再該時刻下對甲醇選擇性有影響.
(4)在如圖中分別畫出反應I在無催化劑、有Cat.1和有Cat.2三種情況下“反應過程-能量”示意圖.
(5)研究證實,CO2也可在酸性水溶液中通過電解生成甲醇,則生成甲醇的反應發(fā)生在陰極,該電極反應式是CO2+6H++6e-=CH3OH+H2O.

分析 (1)平衡常數為生成物濃度冪之積與反應物濃度冪之積的比值;已知:CO和H2的標準燃燒熱分別為-283.0kJ•mol-1和-285.8kJ•mol-1,②H2O(1)═H2O(g)△H3=44.0kJ•mol-1,可知熱化學方程式a.CO(g)+$\frac{1}{2}$O2(g)=CO2(g)△H=-283.0kJ•mol-1,b.H2(g)+$\frac{1}{2}$O2(g)=H2O(1)△H=-285.8kJ•mol-1,c.H2O(1)═H2O(g)△H3=44.0kJ•mol-1,利用蓋斯定律可計算CO2(g)+H2(g)?CO(g)+H2O(g)的反應熱;
(2)由CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)△H1=-53.7kJ•mol-8 可知提高CO2轉化為CH3OH平衡轉化率,應使平衡向正向移動,可降低溫度,增大濃度;
(3)不同的催化劑的催化能力不同,且催化劑具有選擇性;
(4)加入催化劑,可降低反應的活化能,催化能力越強,活化能越低,但反應熱不變;
(5)CO2也可在酸性水溶液中通過電解生成甲醇,應為電解池的陰極反應,被還原生成甲醇.

解答 解:(1)平衡常數為生成物濃度冪之積與反應物濃度冪之積的比值,K=$\frac{c(C{H}_{3}OH)c({H}_{2}O)}{c(C{O}_{2}){c}^{3}({H}_{2})}$,
已知:CO和H2的標準燃燒熱分別為-283.0kJ•mol-1和-285.8kJ•mol-1,②H2O(1)═H2O(g)△H3=44.0kJ•mol-1,可知熱化學方程式a.CO(g)+$\frac{1}{2}$O2(g)=CO2(g)△H=-283.0kJ•mol-1,b.H2(g)+$\frac{1}{2}$O2(g)=H2O(1)△H=-285.8kJ•mol-1,c.H2O(1)═H2O(g)△H3=44.0kJ•mol-1,
由蓋斯定律將b-a+c可得CO2(g)+H2(g)?CO(g)+H2O(g)△H2 =(-285.8+283.0+44)kJ•mol-1=+41.2kJ•mol-1,
故答案為:$\frac{c(C{H}_{3}OH)c({H}_{2}O)}{c(C{O}_{2}){c}^{3}({H}_{2})}$;+41.2;
(2)A.使用催化劑Cat.1,平衡不移動,不能提高轉化率,故A錯誤;  
B、使用催化劑Cat.2,不能提高轉化率,故B錯誤;
C、降低反應溫度,平衡正向移動,可增大轉化率,故C正確; 
D、投料比不變,增加反應物的濃度,衡正向移動,可增大轉化率,故D正確;
E、增大 CO2和H2的初始投料比,可增大氫氣的轉化率,二氧化碳的轉化率減小,故E錯誤.
故答案為:CD;
(3)從表中數據分析,在相同溫度下,不同的催化劑二氧化碳的轉化率不同,說明不同的催化劑的催化能力不同,相同的催化劑不同的溫度,二氧化碳的轉化率不同,且溫度高的轉化率大,因為正反應為放熱反應,說明表中數據是未達到平衡數據,
故答案為:表中數據表明此時未達到平衡,不同的催化劑對反應Ⅰ的催化能力不同,因而在該時刻下對甲醇選擇性有影響;
(4)從表中數據分析,在催化劑Cat.2的作用下,甲醇的選擇性更大,說明催化劑Cat.2對反應Ⅰ催化效果更好,催化劑能降低反應的活化能,說明使用催化劑Cat.2的反應過程中活化能更低,故圖為,
故答案為:;
(5)CO2也可在酸性水溶液中通過電解生成甲醇,C元素化合價降低,被還原,應為電解池的陰極反應,電極方程式為CO2+6H++6e-=CH3OH+H2O,
故答案為:陰;CO2+6H++6e-=CH3OH+H2O.

點評 本題考查較為綜合,涉及化學平衡的計算,平衡移動以及熱化學方程式、電化學等知識,為高考常見題型,側重于學生的分析能力、計算能力的考查,注意把握蓋斯定律的應用,電解池的工作原理等知識,題目難度中等.

練習冊系列答案
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科目:高中化學 來源: 題型:選擇題

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A.原子半徑:。颈疽遥炯
B.乙元素只能形成一種二元含氧酸
C.另一個化合物G與B具有相同的元素組成,G是一種常見的強氧化劑
D.1.0L 0.1 mol/L E溶液中陰離子的總的物質的量小于0.1mol

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科目:高中化學 來源: 題型:填空題

20.將阿司匹林溶于氫氧化鈉溶液中并煮沸,然后加鹽酸至溶液呈酸性,析出白色晶體.該晶體能溶于水,可使FeCl3溶液顯紫色.
(1)這種白色晶體的結構簡式可能是
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17.已知aA+bB2+、cC-dD2-四種離子均具有相同的電子層結構,關于A、B、C、D四種元素的敘述正確的是( 。
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科目:高中化學 來源: 題型:解答題

4.氯堿工業(yè)是最基本的化學工業(yè)之一,離子膜電解法為目前普遍使用的生產方法,其生產流程如圖1所示:

回答下列問題:
(1)該流程中可以循環(huán)使用的物質是氯化鈉、氫氧化鈉
(2)電解法制堿的主要原料是飽和食鹽水,由于粗鹽水中含有Ca2+、Mg2+、SO42-等雜質,所以在進入電解槽前需要進行兩次精制.“一次精制”中生成沉淀的主要成分是CaCO3、Mg(OH)2(填化學式);若食鹽水不經過“二次精制”、直接進入“離子交換膜電解槽”,這樣產生的后果是用試劑處理后的鹽水中還含有少量Mg2+、Ca2+,堿性條件下會生成沉淀,損害離子交換膜.
(3)圖2是“離子交換膜電解槽”示意圖(陽極用惰性材料制成,陰極由碳鋼網制成),B處產生的氣體是H2,D處加入的物質為氫氧化鈉稀溶液.
(4)電解槽中陽離子交換膜的作用和目的是阻止陰離子和氣體通過,防止氫氣和氯氣混合,防止氯氣與氫氧化鈉反應.“陽極液”中通常含有少量氯酸鈉、次氯酸鈉及溶解氯,在“脫氯”前需先加入高純鹽酸除去氯酸鈉,該反應的離子方程式為ClO3-+5Cl-+6H+=3Cl2↑+3H2O.
(5)已知在每個電解槽中,每小時通過1A的直電流,理論上可以產生1.492g燒堿.某工廠用300個電解槽串聯(lián)生產8h,通過電解槽的電流強度為1.45×104A,制得32%的燒堿溶液(密度為1.342×103kg•m-3)113m3,則該電解生產過程中燒堿的產率為93.45%.

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科目:高中化學 來源: 題型:實驗題

14.以電石渣[主要成分為Ca(OH)2和CaCO3]為原料制備KClO3的流程如圖1:

(1)氯化過程控制電石渣過量,在75℃左右進行.氯化時存在Cl2與Ca(OH)2作用生成Ca(ClO)2的反應,Ca(ClO)2進一步轉化為Ca(ClO32,少量Ca(ClO)2 分解為CaCl2和O2
①生成Ca(ClO)2的化學方程式為2Cl2+2Ca(OH)2=CaCl2+Ca(ClO)2+2H2O.
②提高Cl2轉化為Ca(ClO32的轉化率的可行措施有AB(填序號).
A.適當減緩通入Cl2速率     B.充分攪拌漿料    C.加水使Ca(OH)2完全溶解
(2)氯化過程中Cl2 轉化為Ca(ClO32的總反應方程式為:
6Ca(OH)2+6Cl2═Ca(ClO32+5CaCl2+6H2O
氯化完成后過濾.
①濾渣的主要成分為CaCO3、Ca(OH)2(填化學式).
②濾液中Ca(ClO32與CaCl2的物質的量之比n[Ca(ClO32]:n[CaCl2]<1:5(填“>”、“<”或“=”).
(3)向濾液中加入稍過量KCl固體可將Ca(ClO32轉化為KClO3,若溶液中KClO3的含量為100g?L-1,從該溶液中盡可能多地析出KClO3固體的方法是蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶.

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科目:高中化學 來源: 題型:實驗題

1.已知某燃料含有碳、氫、氧三種元素.為了測定該燃料的結構,現將1.04g燃料放人足量的氧氣中充分燃燒,經測定消耗氧氣1.568L(已轉換為標準狀況),并使產生的氣體全部通人如圖所示的裝置,得到如表所示的實驗數據(假設產生的氣體被完全吸收,且沒有空氣進人該裝置).
  實驗前 實驗后
 A裝置的質量 101.1g 102.18g
 B裝置的質量 312.0g314.2g
已知:2個-OH連接在同一個碳原子上不穩(wěn)定,會迅速發(fā)生如下變化:
+H2O
根據實驗數據回答下列問題.
(1)該燃料的分子式為C5H12O2
(2)1mol該燃料與金屬鈉反應生成1molH2,則該燃料的分子結構種含有的官能團名稱為羥基,若分子結構中有3個甲基,則燃料的結構簡式為CH3CH(OH)COH(CH32
(3)該燃料的一種同系物只有2個碳原子,寫出該同系物與足量醋酸反應的化學方程式:CH2OHCH2OH+2CH3COOH$→_{△}^{濃硫酸}$CH3COOCH2CH2OOCCH3+2H2O.

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科目:高中化學 來源: 題型:選擇題

18.硼的最高價含氧酸的化學式不可能是( 。
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科目:高中化學 來源: 題型:選擇題

13.約翰•芬恩(John fenn)等三位科學家因在蛋白質等大分子研究領域的杰出貢獻獲得了2002年的諾貝爾化學獎.下列有關說法正確的是( 。
A.蛋白質在紫外線的照射下會失去生理活性
B.蛋白質溶液不能產生丁達爾效應
C.蛋白質溶液中加入CuSO4可產生鹽析現象
D.蠶絲、羊毛、棉花的主要成分都是蛋白質

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