研究减少CO2排放是一项重要课题。CO2经催化加氢可以生成低碳有机物,主要有以下反应:
反应Ⅰ:CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g) △H1=-49.6 kJ/mol
反应Ⅱ:CH3OCH3(g)+H2O(g)⇌2CH3OH(g) △H2=+23.4 kJ/mol
反应Ⅲ:2CO2(g)+6H2(g)⇌CH3OCH3(g)+3H2O(g) △H3
(1)△H3=_______ kJ/mol。
(2)恒温恒容条件下,在密闭容器中通入等物质的量的CO2和H2,发生反应I。下列描述能说明反应I达到平衡状态的是_____ (填序号)。
A.容器内的混合气体的密度保持不变 B.反应体系总压强保持不变
C.断裂3NA个H-O键同时断裂2NA个C=O键 D.CH3OH和H2O的浓度之比保持不变
(3)反应II在某温度下的平衡常数为0.25,此温度下,在密闭容器中加入等物质的量的CH3OCH3(g)和H2O(g),反应到某时刻测得各组分浓度如下:
此时v正___ v逆(填“>”、“<”或“=”),当反应达到平衡状态时,混合气体中CH3OH体积分数(CH3OH)%=____ %。
(4)在某压强下,反应III在不同温度、不同投料比时,CO2的平衡转化率如图所示。T1温度下,将6 mol CO2和12 mol H2充入2 L的密闭容器中,5 min后反应达到平衡状态,则0~5 min内的平均反应速率v(CH3OCH3)=______ 。KA、KB、KC三者之间的关系是___
(5)恒压下将CO2和H2按体积比1:3混合,在不同催化剂作用下发生反应I和反应III,在相同的时间段内CH3OH的选择性和产率随温度的变化如图。
其中:CH3OH的选择性=×100%
①温度高于230℃,CH3OH产率随温度升高而下降的原因是_________________ 。
②在上述条件下合成甲醇的工业条件是______________________ 。
A.210℃ B. 230℃ C.催化剂CZT D.催化剂CZ(Zr-1)T
反应Ⅰ:CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g) △H1=-49.6 kJ/mol
反应Ⅱ:CH3OCH3(g)+H2O(g)⇌2CH3OH(g) △H2=+23.4 kJ/mol
反应Ⅲ:2CO2(g)+6H2(g)⇌CH3OCH3(g)+3H2O(g) △H3
(1)△H3=
(2)恒温恒容条件下,在密闭容器中通入等物质的量的CO2和H2,发生反应I。下列描述能说明反应I达到平衡状态的是
A.容器内的混合气体的密度保持不变 B.反应体系总压强保持不变
C.断裂3NA个H-O键同时断裂2NA个C=O键 D.CH3OH和H2O的浓度之比保持不变
(3)反应II在某温度下的平衡常数为0.25,此温度下,在密闭容器中加入等物质的量的CH3OCH3(g)和H2O(g),反应到某时刻测得各组分浓度如下:
物质 | CH3OCH3(g) | H2O(g) | CH3OH(g) |
浓度/mol∙L-1 | 1.8 | 1.8 | 0.4 |
此时v正
(4)在某压强下,反应III在不同温度、不同投料比时,CO2的平衡转化率如图所示。T1温度下,将6 mol CO2和12 mol H2充入2 L的密闭容器中,5 min后反应达到平衡状态,则0~5 min内的平均反应速率v(CH3OCH3)=
(5)恒压下将CO2和H2按体积比1:3混合,在不同催化剂作用下发生反应I和反应III,在相同的时间段内CH3OH的选择性和产率随温度的变化如图。
其中:CH3OH的选择性=×100%
①温度高于230℃,CH3OH产率随温度升高而下降的原因是
②在上述条件下合成甲醇的工业条件是
A.210℃ B. 230℃ C.催化剂CZT D.催化剂CZ(Zr-1)T
更新时间:2020-08-19 22:17:46
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【推荐1】硫单质和化合物在工农业生产中有着重要的应用,而SO2直接排放会对环境造成危害。
Ⅰ.已知:重晶石(BaSO4)高温煅烧可发生一系列反应,其中部分反应如下:
BaSO4(s)+4C(s)=BaS(s)+4CO(g) ΔH=+571.2kJ·mol-1
BaS(s)=Ba(s)+S(s) ΔH=+460kJ·mol-1
已知:2C(s)+O2(g)=2CO(g) ΔH=-221kJ·mol-1
则:Ba(s)+S(s)+2O2(g)=BaSO4(s)ΔH=__ 。
Ⅱ.SO2的尾气处理通常有以下几种方法:
(1)活性炭还原法
反应原理:恒温恒容时2C(s)+2SO2(g)=S2(g)+2CO2(g)。
反应进行到不同时间测得各物质的浓度如图:
①0~20min反应速率表示为v(SO2)=__ ;
②30min时,改变某一条件平衡发生移动,则改变的条件最有可能是__ ;
③40min时,平衡常数K=__ 。
(2)亚硫酸钠吸收法
①Na2SO3溶液吸收SO2的离子方程式为__ ;
②常温下,当吸收至NaHSO3时,吸收液中相关离子浓度关系一定正确的是__ (填序号)。
a.c(Na+)+c(H+)>c(SO32-)+c(HSO3-)+c(OH-)
b.c(Na+)=c(SO32-)+c(HSO3-)+c(H2SO3)
c.c(Na+)>c(HSO3-)>c(H+)>c(SO32-)
d.溶液中c(H+)=1×10-8mol/L
(3)电化学处理法
①如图所示,Pt(Ⅰ)电极的反应式为__ ;
②当电路中转移0.02mole-时(较浓H2SO4尚未排出),交换膜左侧溶液中约增加__ mol离子。
Ⅰ.已知:重晶石(BaSO4)高温煅烧可发生一系列反应,其中部分反应如下:
BaSO4(s)+4C(s)=BaS(s)+4CO(g) ΔH=+571.2kJ·mol-1
BaS(s)=Ba(s)+S(s) ΔH=+460kJ·mol-1
已知:2C(s)+O2(g)=2CO(g) ΔH=-221kJ·mol-1
则:Ba(s)+S(s)+2O2(g)=BaSO4(s)ΔH=
Ⅱ.SO2的尾气处理通常有以下几种方法:
(1)活性炭还原法
反应原理:恒温恒容时2C(s)+2SO2(g)=S2(g)+2CO2(g)。
反应进行到不同时间测得各物质的浓度如图:
①0~20min反应速率表示为v(SO2)=
②30min时,改变某一条件平衡发生移动,则改变的条件最有可能是
③40min时,平衡常数K=
(2)亚硫酸钠吸收法
①Na2SO3溶液吸收SO2的离子方程式为
②常温下,当吸收至NaHSO3时,吸收液中相关离子浓度关系一定正确的是
a.c(Na+)+c(H+)>c(SO32-)+c(HSO3-)+c(OH-)
b.c(Na+)=c(SO32-)+c(HSO3-)+c(H2SO3)
c.c(Na+)>c(HSO3-)>c(H+)>c(SO32-)
d.溶液中c(H+)=1×10-8mol/L
(3)电化学处理法
①如图所示,Pt(Ⅰ)电极的反应式为
②当电路中转移0.02mole-时(较浓H2SO4尚未排出),交换膜左侧溶液中约增加
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【推荐2】为有效控制雾霾,各地积极采取措施改善大气质量,有效控制空气中氮氧化物、碳氧化物和硫氧化物显得尤为重要。
(1)在汽车排气管内按照催化转化器,可将汽车尾气中主要污染物转化为无毒的大气循环物质。
已知:① N2(g)+O2(g)=2NO(g) △H=+180.5kJ·mol-1
②C和CO的燃烧热(△H)分别为-393.5kJ·mol-1和-283kJ·mol-1
则2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g)) △H=_______ kJ·mol-1
(2)将0.20molNO和0.10molCO充入一个容积为1L的密闭容器中,反应过程中物质浓度变化如图所示。
①CO在0-9min内的平均反应速率v(CO)=________ mol·L-1·min-1 (保留两位有效数字);第12 min时改变的反应条件可能为________ 。
A.升高温度 B.加入NO C.加催化剂 D.降低温度
②该反应在第18 min时达到平衡状态,CO2的体积分数为________ (保留三位有效数字),化学平衡常数K=________ (保留两位有效数字)。
(3)通过人工光合作用能将水与燃煤产生的CO2转化成HCOOH和O2。已知常温下0.1mol·L-2的
HCOONa溶液pH=10,则HCOOH的电离常数Ka=______________ 。
(1)在汽车排气管内按照催化转化器,可将汽车尾气中主要污染物转化为无毒的大气循环物质。
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②C和CO的燃烧热(△H)分别为-393.5kJ·mol-1和-283kJ·mol-1
则2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g)) △H=
(2)将0.20molNO和0.10molCO充入一个容积为1L的密闭容器中,反应过程中物质浓度变化如图所示。
①CO在0-9min内的平均反应速率v(CO)=
A.升高温度 B.加入NO C.加催化剂 D.降低温度
②该反应在第18 min时达到平衡状态,CO2的体积分数为
(3)通过人工光合作用能将水与燃煤产生的CO2转化成HCOOH和O2。已知常温下0.1mol·L-2的
HCOONa溶液pH=10,则HCOOH的电离常数Ka=
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【推荐3】二甲醚()是重要的化工原料,也是一种清洁的能源,可用和制得,由合成气制备二甲醚的主要原理如下:
①
②
③
(1)反应的_______ ;该反应的平衡常数_______ (用、、表示)。
(2)下列措施中,能提高①中产率的有_______。
(3)将合成气以通入的反应器中,一定条件下发生反应: ,其中的平衡转化率随温度、压强的变化关系如图所示,下列说法正确的是_______ (填字母)。
A.
B.
C. 若在和316℃时,起始时,则平衡时,小于50%
(4)采用一种新型的催化剂(主要成分是的合金),利用和制备二甲醚(DME)。观察图,当约为_______ 时最有利于二甲醚的合成。
(5)下图为绿色电源“二甲醚燃料电池”的工作原理示意图,a极生成的气体是_______ ,b电极的电极反应式为_______ 。
(6)甲醇液相脱水法制二甲醚的原理是:,。与合成气制备二甲醚比较,该工艺的优点是反应温度低,转化率高,其缺点是_______ 。
①
②
③
(1)反应的
(2)下列措施中,能提高①中产率的有_______。
A.使用过量的 | B.升高温度 | C.增大压强 | D.使用催化剂 |
A.
B.
C. 若在和316℃时,起始时,则平衡时,小于50%
(4)采用一种新型的催化剂(主要成分是的合金),利用和制备二甲醚(DME)。观察图,当约为
(5)下图为绿色电源“二甲醚燃料电池”的工作原理示意图,a极生成的气体是
(6)甲醇液相脱水法制二甲醚的原理是:,。与合成气制备二甲醚比较,该工艺的优点是反应温度低,转化率高,其缺点是
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【推荐1】聚苯乙烯是一类重要的高分子材料,可通过苯乙烯聚合制得。
Ⅰ.苯乙烯的制备
(1)已知下列反应的热化学方程式:
①
②
③
计算反应④的_______ ;
(2)在某温度、下,向反应器中充入气态乙苯发生反应④,其平衡转化率为50%,欲将平衡转化率提高至75%,需要向反应器中充入_______ 水蒸气作为稀释气(计算时忽略副反应);
(3)在、下,以水蒸气作稀释气。作催化剂,乙苯除脱氢生成苯乙烯外,还会发生如下两个副反应:
⑤
⑥
以上反应体系中,芳香烃产物苯乙烯、苯和甲苯的选择性S()随乙苯转化率的变化曲线如图所示,其中曲线b代表的产物是_______ ,理由是_______ ;(4)关于本反应体系中催化剂的描述错误的是_______;
Ⅱ.苯乙烯的聚合
苯乙烯聚合有多种方法,其中一种方法的关键步骤是某(Ⅰ)的配合物促进(引发剂,X表示卤素)生成自由基,实现苯乙烯可控聚合。引发剂的活性与C-X键能有关,键能越小,则引发剂活性越高。
(5)引发剂中活性最高的是_______ ;
(6)室温下,①在配体L的水溶液中形成,其反应平衡常数为K;
②在水中的溶度积常数为。由此可知,在配体L的水溶液中溶解反应的平衡常数为_______ (所有方程式中计量系数关系均为最简整数比)。
Ⅰ.苯乙烯的制备
(1)已知下列反应的热化学方程式:
①
②
③
计算反应④的
(2)在某温度、下,向反应器中充入气态乙苯发生反应④,其平衡转化率为50%,欲将平衡转化率提高至75%,需要向反应器中充入
(3)在、下,以水蒸气作稀释气。作催化剂,乙苯除脱氢生成苯乙烯外,还会发生如下两个副反应:
⑤
⑥
以上反应体系中,芳香烃产物苯乙烯、苯和甲苯的选择性S()随乙苯转化率的变化曲线如图所示,其中曲线b代表的产物是
A.不能改变反应热效应 |
B.可改变乙苯平衡转化率 |
C.降低了乙苯脱氢反应的活化能 |
D.改变颗粒大小不影响反应速率 |
Ⅱ.苯乙烯的聚合
苯乙烯聚合有多种方法,其中一种方法的关键步骤是某(Ⅰ)的配合物促进(引发剂,X表示卤素)生成自由基,实现苯乙烯可控聚合。引发剂的活性与C-X键能有关,键能越小,则引发剂活性越高。
(5)引发剂中活性最高的是
(6)室温下,①在配体L的水溶液中形成,其反应平衡常数为K;
②在水中的溶度积常数为。由此可知,在配体L的水溶液中溶解反应的平衡常数为
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【推荐2】合成氨的发展体现了化学科学与技术的不断进步。
(1)1898年,化学家用氮气、碳化钙()与水蒸气反应制备氨:
ⅰ.碳化钙和氮气在1000℃的高温下产生氰氨化钙();
ⅱ.氰氨化钙与水蒸气反应生成氨气。写出反应ⅱ的化学方程式:___________ 。
(2)20世纪初,以和为原料的工业合成氨方法研制成功。其反应为:
①写出氮气的电子式___________ 。
②的化学性质稳定,即使在高温、高压下,和的化合反应仍然进行得十分缓慢。从结构角度解释原因:___________ 。
③压强对合成氨有较大影响。下图为不同压强下,以物质的量分数、进料(组成1),反应达平衡时与温度的计算结果。ⅰ.判断压强:___________ (填“>”或“<”),简述理由:___________ 。
ⅱ.在、时,氮气的转化率为___________ 。
(3)我国科学家研制出双催化剂,通过光辐射产生温差(如体系温度为495℃时,纳米Fe的温度为547℃,而的温度为415℃),解决了温度对合成氨工业反应速率和平衡转化率影响矛盾的问题,其催化合成氨机理如图所示。分析解释:与传统的催化合成氨(铁触媒、400~500℃)相比,双催化剂双温催化合成氨具备优势的原因是___________ 。
(1)1898年,化学家用氮气、碳化钙()与水蒸气反应制备氨:
ⅰ.碳化钙和氮气在1000℃的高温下产生氰氨化钙();
ⅱ.氰氨化钙与水蒸气反应生成氨气。写出反应ⅱ的化学方程式:
(2)20世纪初,以和为原料的工业合成氨方法研制成功。其反应为:
①写出氮气的电子式
②的化学性质稳定,即使在高温、高压下,和的化合反应仍然进行得十分缓慢。从结构角度解释原因:
③压强对合成氨有较大影响。下图为不同压强下,以物质的量分数、进料(组成1),反应达平衡时与温度的计算结果。ⅰ.判断压强:
ⅱ.在、时,氮气的转化率为
(3)我国科学家研制出双催化剂,通过光辐射产生温差(如体系温度为495℃时,纳米Fe的温度为547℃,而的温度为415℃),解决了温度对合成氨工业反应速率和平衡转化率影响矛盾的问题,其催化合成氨机理如图所示。分析解释:与传统的催化合成氨(铁触媒、400~500℃)相比,双催化剂双温催化合成氨具备优势的原因是
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(0.4)
解题方法
【推荐3】氨在工农业生产中应用广泛,可由N2、H2合成NH3。
(1)天然气蒸汽转化法是前获取原料气中H2的主流方法。CH4经过两步反应完全转化为H2和CO2,其能量变化示意图如下:
结合图象,写出CH4通过蒸汽转化为CO2和H2的热化学方程式______________________ 。
(2)利用透氧膜,一步即获得N2、H2,工作原理如图所示(空气中N2与O2的物质的量之比按4∶1计)
①起还原作用的物质是_________________________ 。
②膜I侧所得气体=2,CH4、H2O、O2反应的化学方程式是______________________ 。
(3)甲小组模拟工业合成氨在一恒温恒容的密闭容器中发生如下反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH<0。t1时刻到达平衡后,在t2时刻改变某一条件,其反应过程如图所示,下列说法正确的是____________
A.Ⅰ、Ⅱ两过程到达平衡时,平衡常数:KⅠ<KⅡ
B.Ⅰ、Ⅱ两过程到达平衡时,NH3的体积分数:Ⅰ<Ⅱ
C.Ⅰ、Ⅱ两过程到达平衡的标志:混合气体密度不再发生变化
D.t2时刻改变的条件可以是向密闭容器中加N2和H2混合气
(4)乙小组模拟不同条件下的合成氨反应,向容器充入9.0mol N2 和23.0mol H2,图为不同温度下平衡混合物中氨气的体积分数与总压强(P )的关系图。
①T1、T2、T3由大到小的排序为______________________________ 。
②在T2、60MPa条件下,比较A点v正___ v逆(填“>”、“<”或“=”),理由是____________ 。
③计算T2、60Mpa平衡体系的平衡常数Kp=__________ 。(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压x物质的量分数)
(1)天然气蒸汽转化法是前获取原料气中H2的主流方法。CH4经过两步反应完全转化为H2和CO2,其能量变化示意图如下:
结合图象,写出CH4通过蒸汽转化为CO2和H2的热化学方程式
(2)利用透氧膜,一步即获得N2、H2,工作原理如图所示(空气中N2与O2的物质的量之比按4∶1计)
①起还原作用的物质是
②膜I侧所得气体=2,CH4、H2O、O2反应的化学方程式是
(3)甲小组模拟工业合成氨在一恒温恒容的密闭容器中发生如下反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH<0。t1时刻到达平衡后,在t2时刻改变某一条件,其反应过程如图所示,下列说法正确的是
A.Ⅰ、Ⅱ两过程到达平衡时,平衡常数:KⅠ<KⅡ
B.Ⅰ、Ⅱ两过程到达平衡时,NH3的体积分数:Ⅰ<Ⅱ
C.Ⅰ、Ⅱ两过程到达平衡的标志:混合气体密度不再发生变化
D.t2时刻改变的条件可以是向密闭容器中加N2和H2混合气
(4)乙小组模拟不同条件下的合成氨反应,向容器充入9.0mol N2 和23.0mol H2,图为不同温度下平衡混合物中氨气的体积分数与总压强(P )的关系图。
①T1、T2、T3由大到小的排序为
②在T2、60MPa条件下,比较A点v正
③计算T2、60Mpa平衡体系的平衡常数Kp=
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(0.4)
解题方法
【推荐1】氮、硫及其化合物都是目前研究的热点。
(1)NO破坏臭氧层的反应过程如图1所示。
已知:O3 (g)+O(g)=2O2 (g) ∆H=−143kJ/mol;
反应2:O(g)+NO2 (g)=O2 (g)+NO(g) ∆H=+57.2kJ/mol。
则反应1的热化学方程式为:___________ 。
(2)利用反应CH4 (g)+2NO2 (g)CO2 (g)+N2 (g)+2H2O(g) ∆H=-868.74kJ/mol,可将NO2进行无害化处理,将2molCH4 (g)和4molNO2加入恒温恒容的密闭容器中(起始压强为120kPa),容器内气体的压强随时间的变化如下表所示。
①用单位时间内气体分压的变化来表示反应速率,及v=∆p/∆t,分压=总压×物质的量分数,则反应前 50min 内平均反应速率 v(CH4)=___________ kPa/min。
②Kp 为用气体分压表示的平衡常数, 则该温度下该反应的平衡常数 Kp=___________ kPa。
(3)燃煤烟气中硫的回收反应为 2CO(g)+SO2 (g)2CO2 (g)+S(l)。相同条件下,选用 a、b、c 三种催化剂进行反应,生成二氧化碳的物质的量与时间的变化关系如图2所示,催化效果最差的是___________ 。研究发现细小炭粒能将 O2转化为活性氧而加快 SO2 的氧化速率,在干燥和潮湿两种环境中的反应历程如图3所示。活化氧的过程适宜在潮湿环境中进行,理由为___________ 。
(4)间接电解法除N2O。其工作原理如图4所示,已知:H2S2O4是一种弱酸。
①a极是电源___________ (填“正极”或“负极”),离子交换膜是___________ (填“阳离子” 或“阴离子”)交换膜。
②吸收池的工作原理是___________ (用化学方程式表示)。
(1)NO破坏臭氧层的反应过程如图1所示。
已知:O3 (g)+O(g)=2O2 (g) ∆H=−143kJ/mol;
反应2:O(g)+NO2 (g)=O2 (g)+NO(g) ∆H=+57.2kJ/mol。
则反应1的热化学方程式为:
(2)利用反应CH4 (g)+2NO2 (g)CO2 (g)+N2 (g)+2H2O(g) ∆H=-868.74kJ/mol,可将NO2进行无害化处理,将2molCH4 (g)和4molNO2加入恒温恒容的密闭容器中(起始压强为120kPa),容器内气体的压强随时间的变化如下表所示。
时间/min | 0 | 50 | 100 | 150 | 200 | 250 | 300 |
压强/kPa | 120 | 136 | 144 | 148 | 150 | 150 | 150 |
②Kp 为用气体分压表示的平衡常数, 则该温度下该反应的平衡常数 Kp=
(3)燃煤烟气中硫的回收反应为 2CO(g)+SO2 (g)2CO2 (g)+S(l)。相同条件下,选用 a、b、c 三种催化剂进行反应,生成二氧化碳的物质的量与时间的变化关系如图2所示,催化效果最差的是
(4)间接电解法除N2O。其工作原理如图4所示,已知:H2S2O4是一种弱酸。
①a极是电源
②吸收池的工作原理是
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(0.4)
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解题方法
【推荐2】工业上常利用合理的催化剂,将含碳氧化物转化为重要的化工原料一甲醇,由CO、CO2和H2合成甲醇发生的主要反应如下:
Ⅰ.CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH1
Ⅱ.CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH2=-58 kJ/mol
Ⅲ.CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH3=+41 kJ/mol
回答下列问题:
(1)已知反应Ⅰ中相关的化学键键能数据如下表:
则x=___________ 。
(2)T ℃时将6 mol CO2和8 mol H2充入恒温密闭容器中发生反应Ⅱ,测得H2的物质的量随时间变化如图a中状态Ⅰ(图中白色柱状图)所示。图中数据A(1,6)代表在1 min时H2的物质的量是6 mol。
①若T ℃时控制体积为2 L不变,状态Ⅰ情况下,0~8 min内CH3OH的平均化学反应速率为___________ 。
②若仅改变一个条件,使化学平衡变为状态Ⅱ(如图中灰色柱状图所示),则状态Ⅰ和状态Ⅱ的化学平衡常数分别为K1、K2,其大小关系为___________ 。
(3)①CO和H2在耐高温催化剂、一定温度下发生反应Ⅰ合成甲醇。图(b)为在容积为1 L的恒容密闭容器中,加入2 mol H2和1 mol CO时经过相同时间甲醇产率与反应温度的关系曲线。曲线上A点___________ (填“是”或“不是”)对应温度下的平衡产率,C点甲醇的产率低于B点的原因可能是___________ 。
②若260 ℃时将a mol CO和4 mol H2在容积为1 L的恒温恒容密闭容器中发生反应Ⅰ合成甲醇。达平衡时甲醇的浓度为1 moL/L,则a=___________ 。
(4)电解甲醇的水溶液制取氢气由于可使用低压电源而逐渐替代了传统电解水的制氢气方法。其中一种以MEA膜为电极的电解甲醇溶液制氢法如图。总反应方程式为CH3OH+H2O=3H2+CO2。
①阳极反应方程式为___________ 。
②维持电流强度为0.5 A,电源工作5分钟,理论上可生成氢气___________ g(保留两位有效数字)。(已知F=96500 C/mol)
Ⅰ.CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH1
Ⅱ.CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH2=-58 kJ/mol
Ⅲ.CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH3=+41 kJ/mol
回答下列问题:
(1)已知反应Ⅰ中相关的化学键键能数据如下表:
化学键 | H—H | C—O | H—O | C—H | |
E/(kJ·mol-1) | 436 | 343 | 1076 | 465 | x |
则x=
(2)T ℃时将6 mol CO2和8 mol H2充入恒温密闭容器中发生反应Ⅱ,测得H2的物质的量随时间变化如图a中状态Ⅰ(图中白色柱状图)所示。图中数据A(1,6)代表在1 min时H2的物质的量是6 mol。
①若T ℃时控制体积为2 L不变,状态Ⅰ情况下,0~8 min内CH3OH的平均化学反应速率为
②若仅改变一个条件,使化学平衡变为状态Ⅱ(如图中灰色柱状图所示),则状态Ⅰ和状态Ⅱ的化学平衡常数分别为K1、K2,其大小关系为
(3)①CO和H2在耐高温催化剂、一定温度下发生反应Ⅰ合成甲醇。图(b)为在容积为1 L的恒容密闭容器中,加入2 mol H2和1 mol CO时经过相同时间甲醇产率与反应温度的关系曲线。曲线上A点
②若260 ℃时将a mol CO和4 mol H2在容积为1 L的恒温恒容密闭容器中发生反应Ⅰ合成甲醇。达平衡时甲醇的浓度为1 moL/L,则a=
(4)电解甲醇的水溶液制取氢气由于可使用低压电源而逐渐替代了传统电解水的制氢气方法。其中一种以MEA膜为电极的电解甲醇溶液制氢法如图。总反应方程式为CH3OH+H2O=3H2+CO2。
①阳极反应方程式为
②维持电流强度为0.5 A,电源工作5分钟,理论上可生成氢气
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【推荐3】2030年实现“碳达峰”,2060年达到“碳中和”的承诺,体现了我国的大国风范。二氧化碳催化加氢制甲醇,有利于减少温室气体二氧化碳。回答下列问题:
二氧化碳加氢制甲醇涉及的反应可表示为:
①
②
③
(1)根据上述反应求:④的___________ 。
(2)我国学者结合实验与计算机模拟结果,研究了在金催化剂表面上反应④的反应历程,如图所示,其中吸附在金催化剂表面上的物种用*标注。
写出该历程中决速步骤的化学方程式:________ 。
(3)一体积可变的密闭容器中,在保持a MPa下,按照投料,平衡时,CO和CH3OH在含碳产物中物质的量分数及CO2的转化率随温度的变化如图所示:
①图中m曲线代表的物质为________ 。
②下列说法正确的是________ (填标号)。
A.180~380℃范围内,H2的平衡转化率始终低于CO2
B.温度越高,越有利于工业生产CH3OH
C.一定时间内反应,加入选择性高的催化剂,可提高CH3OH的产率
D.150~400℃范围内,随着温度的升高,CO2的反应速率先减小后增大
③已知气体分压=气体总压×气体的物质的量分数,用平衡分压代替平衡浓度可以得到平衡常数,270℃时反应①的分压平衡常数为________ (保留2位有效数字)。
(4)在一定条件下,密闭容器中加入一定量的CO、H2O(g)和催化剂仅发生反应,其速率方程为,,其中、为正、逆反应速率,、分别为速率常数,p为气体的分压。已知降低温度时,增大,调整CO和H2O初始投料比,测得CO的平衡转化率如图,A、B、C、D四点中温度由高到低的顺序是________ ,在C点所示投料比下,当CO转化率达到40%时,________ 。
二氧化碳加氢制甲醇涉及的反应可表示为:
①
②
③
(1)根据上述反应求:④的
(2)我国学者结合实验与计算机模拟结果,研究了在金催化剂表面上反应④的反应历程,如图所示,其中吸附在金催化剂表面上的物种用*标注。
写出该历程中决速步骤的化学方程式:
(3)一体积可变的密闭容器中,在保持a MPa下,按照投料,平衡时,CO和CH3OH在含碳产物中物质的量分数及CO2的转化率随温度的变化如图所示:
①图中m曲线代表的物质为
②下列说法正确的是
A.180~380℃范围内,H2的平衡转化率始终低于CO2
B.温度越高,越有利于工业生产CH3OH
C.一定时间内反应,加入选择性高的催化剂,可提高CH3OH的产率
D.150~400℃范围内,随着温度的升高,CO2的反应速率先减小后增大
③已知气体分压=气体总压×气体的物质的量分数,用平衡分压代替平衡浓度可以得到平衡常数,270℃时反应①的分压平衡常数为
(4)在一定条件下,密闭容器中加入一定量的CO、H2O(g)和催化剂仅发生反应,其速率方程为,,其中、为正、逆反应速率,、分别为速率常数,p为气体的分压。已知降低温度时,增大,调整CO和H2O初始投料比,测得CO的平衡转化率如图,A、B、C、D四点中温度由高到低的顺序是
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【推荐1】为实现“碳达峰”、“碳中和”目标,可将CO2催化加氢制甲醇。该反应体系中涉及以下两个主要反应:
反应I: CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1=-49kJ/mol
反应II: CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH2=+41kJ/mol
(1)反应CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)的反应热ΔH3=_______ 。
(2)在密闭容器中,上述反应混合体系建立平衡后,下列说法正确的是_______。
(3)不同条件下,相同的时间段内CH3OH的选择性和产率随温度的变化如图。
CH3OH的选择性= 100%
①由图可知,合成甲醇的适宜条件为_______ (填标号)
A.CZT催化剂 B. CZ(Zr-1)T 催化剂 C.230°C D.290 °C
②在230°C以上,升高温度,CO2的平衡转化率增大,但甲醇的产率降低,原因是_______ 。
(4)恒温恒压密闭容器中,加入2molCO2和4molH2,发生反应I和反应II,反应达平衡时,CO2的转化率为50%,气体体积减小10%,则在达到平衡时, CH3OH的选择性=_______ ,反应II的平衡常数K=_______ 。
(5)利用电催化可将CO2同时转化为多种燃料,装置如图:
①铜电极上产生HCOOH的电极反应式为_______ 。
②若铜电极上只生成5.6gCO,则铜极区溶液质量变化了_______ g。
反应I: CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1=-49kJ/mol
反应II: CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH2=+41kJ/mol
(1)反应CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)的反应热ΔH3=
(2)在密闭容器中,上述反应混合体系建立平衡后,下列说法正确的是_______。
A.增大压强,CO的浓度一定保持不变 |
B.降低温度,反应II的逆反应速率增大,正反应速率减小 |
C.增大CH3OH的浓度,反应II的平衡向正反应方向移动 |
D.恒温恒容下充入氦气,反应I的平衡向正反应方向移动 |
CH3OH的选择性= 100%
①由图可知,合成甲醇的适宜条件为
A.CZT催化剂 B. CZ(Zr-1)T 催化剂 C.230°C D.290 °C
②在230°C以上,升高温度,CO2的平衡转化率增大,但甲醇的产率降低,原因是
(4)恒温恒压密闭容器中,加入2molCO2和4molH2,发生反应I和反应II,反应达平衡时,CO2的转化率为50%,气体体积减小10%,则在达到平衡时, CH3OH的选择性=
(5)利用电催化可将CO2同时转化为多种燃料,装置如图:
①铜电极上产生HCOOH的电极反应式为
②若铜电极上只生成5.6gCO,则铜极区溶液质量变化了
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解答题-原理综合题
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较难
(0.4)
【推荐2】氨气是重要化工产品之一。传统的工业合成氨技术的反应原理是:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ/mol。在500 ℃、20 MPa时,将N2、H2置于一固定容积的密闭容器中反应,反应过程中各种物质的量变化如图所示,回答下列问题:
(1)计算反应在第一次平衡时的平衡常数K=_____ 。(保留二位小数)
(2)由第一次平衡到第二次平衡,平衡移动的方向是_____ ,采取的措施是_____ 。
(3)45 min时刻改变的条件是_____ 。
(4)产物NH3在5~10 min、25~30min和45~50 min时平均反应速率从大到小的排列次序为_____ (平均反应速率分别以v1、v2、v3表示)。
(5)随着条件的改变,达到三次平衡时H2的转化率也发生[了变化,如分别以α1、α2、α3表示,其中最小的是_____ 。
(6)请在图中用实线表示25~45、45~60min 两阶段化学平衡常数K的变化图象。
(1)计算反应在第一次平衡时的平衡常数K=
(2)由第一次平衡到第二次平衡,平衡移动的方向是
(3)45 min时刻改变的条件是
(4)产物NH3在5~10 min、25~30min和45~50 min时平均反应速率从大到小的排列次序为
(5)随着条件的改变,达到三次平衡时H2的转化率也发生[了变化,如分别以α1、α2、α3表示,其中最小的是
(6)请在图中用实线表示25~45、45~60min 两阶段化学平衡常数K的变化图象。
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解答题-原理综合题
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较难
(0.4)
名校
解题方法
【推荐3】我国力争于2030年前做到碳达峰,2060年前实现碳中和。与重整是利用的研究热点之一。该重整反应体系主要涉及以下反应:
a)
b)
c)
d)
e)
设为相对压力平衡常数,其表达式写法:在浓度平衡常数表达式中,用相对分压代替浓度。气体的相对分压等于其分压(单位为)除以()。反应a、c、e的,随(温度的倒数)的变化如图所示。
(1)反应a、c、e中,属于吸热反应的有___________ (填字母)。
(2)反应c的相对压力平衡常数表达式为___________ 。
(3)在图中A点对应温度下、原料组成为、初始总压为100的恒容密闭容器中进行反应c,体系达到平衡时的分压为40。计算的平衡转化率,写出计算过程___________ 。
a)
b)
c)
d)
e)
设为相对压力平衡常数,其表达式写法:在浓度平衡常数表达式中,用相对分压代替浓度。气体的相对分压等于其分压(单位为)除以()。反应a、c、e的,随(温度的倒数)的变化如图所示。
(1)反应a、c、e中,属于吸热反应的有
(2)反应c的相对压力平衡常数表达式为
(3)在图中A点对应温度下、原料组成为、初始总压为100的恒容密闭容器中进行反应c,体系达到平衡时的分压为40。计算的平衡转化率,写出计算过程
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