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题型:解答题-原理综合题 难度:0.65 引用次数:211 题号:10187836
二甲醚是一种重要的清洁燃料,可替代氟氯代烷作制冷剂,利用水煤气合成二甲醚的三步反应如下:
2H2(g)+CO(g)=CH3OH(g) ΔH=-90.8 kJ·mol-1
2CH3OH(g)=CH3OCH3(g)+H2O(g)   ΔH=-23.5 kJ·mol-1
CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g) ΔH=-41.3 kJ·mol-1
请回答下列问题。
(1)由 H2和CO直接制备二甲醚的总反应:3H2(g)+3CO(g)=CH3OCH3(g)+CO2(g)的ΔH=________。一定条件下的密闭容器中,该总反应达到平衡,要提高CO的平衡转化率,可以采取的措施有________(填字母代号)。
a.高温高压               b.加入催化剂               c.分离出CO2
d.增加CO的量        e.分离出二甲醚
(2)某温度下反应2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)的平衡常数为400。此温度下,在密闭容器中加入CH3OH,反应到某时刻测得各组分的浓度如下:
物质CH3OHCH3OCH3H2O
浓度/(mol·L-10.440.60.6
①比较此时正、逆反应速率的大小:v___(填“>”“<”或“=”)v
②若加入CH3OH后,经10 min反应达到平衡,此时c(CH3OH)=________,该时间段内v(CH3OH)=________
(3)有研究者在催化剂(含Cu—Zn—Al—O和Al2O3)、压强为5.0 MPa的条件下,在相同时间内测得CH3OCH3产率随温度变化的曲线如图甲所示。其中CH3OCH3产率随温度升高而降低的原因可能是_____________________________________

(4)二甲醚直接燃料电池具有启动快、效率高、能量密度高等优点,可用于电化学降解治理水中硝酸盐的污染。电化学降解NO3-的原理如图乙所示。若电解质为酸性,二甲醚直接燃料电池的负极反应式为____________________;若电解过程中转移了2 mol电子,则阳极室减少的质量为_________g。

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【推荐1】随着科技的进步,合理利用资源、保护环境成为当今社会关注的焦点。甲胺铅碘(CH3NH3PbI3)用作全固态钙钛矿敏化太阳能电池的敏化剂,可由CH3NH2、PbI2及HI为原料合成,回答下列问题:
(1)制取甲胺的反应为CH3OH(g)+NH3(g)CH3NH2(g)+H2O(g) ΔH。已知该反应中相关化学键的键能数据如下:

则该反应的ΔH=____kJ·mol1
(2)上述反应中所需的甲醇工业上利用水煤气合成,反应为CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)   ΔH<0。在一定条件下,将1 mol CO和2 mol H2通入密闭容器中进行反应,当改变某一外界条件(温度或压强)时,CH3OH的体积分数φ(CH3OH)变化趋势如图所示:

①平衡时,M点CH3OH的体积分数为10%,则CO的转化率为____
②X轴上a点的数值比b点_____(填“大”或“小”)。某同学认为上图中Y轴表示温度,你认为他判断的理由是_________
(3)实验室可由四氧化三铅和氢碘酸反应制备难溶的PbI2,则每生成3 mol PbI2的反应中,转移电子的物质的量为______
(4)常温下,PbI2饱和溶液(呈黄色)中c(Pb2)=1.0×103 mol·L1,则Ksp(PbI2)=___;已知Ksp(PbCl2)=1.6×105,则转化反应PbCl2(s)+2I(aq)PbI2(s)+2Cl(aq)的平衡常数K=_______
(5)分解HI曲线和液相法制备HI反应曲线分别如图1和图2所示:

①反应H2(g)+I2(g)2HI (g)的ΔH_____(填大于或小于)0。
②将二氧化硫通入碘水中会发生反应:SO2+I2+2H2O3H++HSO4-+2I,I2+II3-,图2中曲线a、b分别代表的微粒是__________(填微粒符号);由图2知要提高碘的还原率,除控制温度外,还可以采取的措施是_______
2019-01-19更新 | 355次组卷
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【推荐2】甲烷自热重整是先进的制氢方法,包含甲烷氧化和蒸汽重整。向反应系统同时通入甲烷、氧气和水蒸气,发生的主要化学反应有:
反应过程化学方程式焓变△H
(kJ/mol)
活化能Ea
(kJ/mol)
甲烷氧化CH4(g)+2O2(g)==CO2(g)+2H2O(g)-802.6125.6
CH4(g)+O2(g)==CO2(g)+2H2(g)-322.0172.5
蒸汽重整CH4(g)+H2O(g)==CO(g)+3H2(g)206.2240.1
CH4(g)+2H2O(g)==CO2(g)+4H2(g)165.0243.9

回答下列问题:
(1)反应CO(g)+H2O(g)==CO2(g)+H2(g)的△H=________kJ/mol。
(2)在初始阶段,甲烷蒸汽重整的反应速率____甲烷氧化的反应速率(填大于、小于或等于)。
(3)对于气相反应,用某组分(B)的平衡压强(PB)代替物质的量浓度(cB)也可以平衡常数(记作KP),则反应CH4(g)+H2O(g)==CO(g)+3H2(g)的KP_________________________
随着温度的升高,该平衡常数___________(填“增大”、“减小”或“不变”)。
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(5)在某一给定进料比的情况下,温度、压强对H2和CO物质的量分数的影响如下图:

①若要达到H2物质的量分数>65%、CO的物质的量分数<10%,以下条件中最合适的是__
A.600℃,0.9Mpa        B.700℃,0.9MPa            C.800℃,1.5Mpa        D.1000℃,1.5MPa
②画出600℃,0.1Mpa条件下,系统中H2物质的量分数随反应时间(从常温进料开始即时)的变化趋势示意图:__

(6)如果进料中氧气量过大,最终导致H2物质的量分数降低,原因是______________
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②反应开始至第3分钟时,反应速率v(H2)=________mol/(L·min)。
③该条件下,该反应的平衡常数表达式为________,CO2的平衡转化率是________
(2)用CO2合成二甲醚(CH3OCH3)。
①CO2 催化加氢合成二甲醚的过程中主要发生下列反应:
反应I:CO2(g) + H2(g)CO(g) + H2O(g) ∆H= +41.2 kJ·mol-1
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其中,反应II 分以下a、b两步完成,请写出反应a的热化学方程式。
a._________
b.2CH3OH(g)CH3OCH3(g) + H2O(g) ∆H = -23.5 kJ·mol-1
②L(L1、L2)、X分别代表压强或温度,下图表示L一定时,反应II中二甲醚的平衡产率随X变化的关系,其中X代表的物理量是______。判断L1、L2的大小,并简述理由:________

(3) 恒压时,在CO2和H2起始量一定的条件下,CO2平衡转化率和平衡时CH3OCH3的选择性(CH3OCH3的选择性=)随温度变化如下图。

①t℃时,起始投入a molCO2,b mol H2,达到平衡时反应II消耗的H2的物质的量为______mol。
②温度高于300℃,CO2平衡转化率随温度升高而增大的原因是_________
2020-07-07更新 | 194次组卷
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