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  • 1. (2022·吉林模拟) 碳排放问题是第26届联合国气候变化大会讨论的焦点。我国向国际社会承诺2030年“碳达峰”,2060年实现“碳中和”。为了实现这个目标,加强了对CO2转化的研究。下面是CO2转化为高附加值化学品的反应。相关反应的热化学方程式如下:

    反应Ⅰ:CO2(g)+H2(g)H2O(g)+CO(g) △H1

    反应Ⅱ:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H2=-90.0kJ·mol-1

    反应Ⅲ:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H3=-49.0kJ·mol-1

    反应Ⅳ:CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g) △H4=-165.0kJ·mol-1

    反应Ⅴ:2CO2g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g) △H5=-122.7kJ·mol-1

    回答下列问题:

    1. (1) 反应Ⅲ一般认为通过反应Ⅰ、Ⅱ来实现,则反应Ⅰ的△H1=kJ·mol-1;已知:由实验测得反应Ⅰ的v=kc(CO2)·c(H2),v=k·c(H2O)·c(CO)(k、k为速率常数,与温度、催化剂有关)。若平衡后升高温度,则=(填“增大”、“不变”或“减小”)。
    2. (2) 在2L恒容密闭容器中充入总物质的量为8mol的CO2和H2发生反应Ⅲ,改变氢碳比 , 在不同温度下反应达到平衡状态,测得的实验数据如表:

      温度/K

      CO2转化率

      500

      600

      700

      800

      1

      45

      33

      20

      12

      2

      60

      43

      28

      15

      3

      83

      62

      40

      22

      ①下列说法中正确的是(填英文字母)。

      A.增大氢碳比,平衡正向移动,平衡常数增大

      B.v(CH3OH)=v(CO2)时,反应达到平衡

      C.当混合气体平均摩尔质量不变时,达到平衡

      D.当混合气体密度不变时,达到平衡

      ②在700K、氢碳比为3.0的条件下,某时刻测得容器内CO2、H2、CH3OH、H2O的物质的量分别为2mol、2mol、1mol和1mol,则此时正反应速率和逆反应速率的关系是(填英文字母)。

      A.v(正)>v(逆)             B.v(正)<v(逆)       C.(正)=r(逆)          D.无法判断

    3. (3) CO2在一定条件下催化加氢生成CH3OH,主要发生三个竞争反应(即反应Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ),为分析催化剂对反应的选择性,在1L恒容密闭容器中充入2.0molCO2和5.3molH2 , 测得反应进行相同时间后,有关物质的物质的量随温度变化如图所示:

      ①该催化剂在较低温度时主要选择反应(“Ⅲ”或“Ⅳ”或“Ⅴ”)。研究发现,若温度过高,三种含碳产物的物质的量会迅速降低,其主要原因可能是:

      ②在一定温度下达到平衡,此时测得容器中部分物质的含量为:n(CH4)=0.1mol,n(C2H4)=0.4mol,n(CH3OH)=0.5mol。则该温度下反应Ⅲ的平衡常数K(Ⅲ)=L2/mol2(保留两位小数)。

    4. (4) 常温下,用NaOH溶液作CO2捕捉剂不仅可以降低碳排放,而且可得到重要的化工产品Na2CO3。欲用1LNa2CO3溶液将2.33gBaSO4固体全都转化为BaCO3 , 则所用的Na2CO3溶液的物质的量浓度至少为mol/L(已知:常温下Ksp(BaSO4)=1×10-11 , Ksp(BaCO3)=1×10-10。忽略溶液体积的变化,保留两位有效数字)。
    5. (5) 研究人员研究出一种方法,可实现水泥生产时CO2零排放,其基本原理如图所示。温度小于900℃时进行电解反应,碳酸钙先分解为CaO和CO2 , 电解质为熔融碳酸钠,阳极的电极反应式为2CO-4e-=2CO2↑+O2↑,则阴极的电极反应式为

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