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题型:解答题-工业流程题 难度:0.4 引用次数:173 题号:11061742
过氧化钙(CaO2)难溶于水,在常温下稳定,在潮湿空气及水中缓慢分解放出氧气,因而广泛应用于渔业、农业、环保等许多方面,如图是以大理石(主要杂质是氧化铁)等为原料制取过氧化钙(CaO2) 的流程。

请回答下列问题:
(1)写出加硝酸后反应的离子方程式___________
(2)操作①应包括的步骤是___________
(3)用氨水调节pH至8~9的目的是___________
(4)若在滤液C中,加入HNO3使溶液呈酸性以得到副产物NH4NO3,则酸化后溶液中 c()___________c()(填“≥”、“≤”、“<”、“>”或“=”)。
(5)操作②是:在低温下,往过氧化氢浓溶液中投入无水氯化钙进行反应,一段时间后,再加入氢氧化钠溶液,当调节溶液pH至9~11,才出现大量沉淀。写出加氢氧化钠前该反应的化学方程式__________;用简要的文字解释用氢氧化钠调节pH至9~11的原因__________
(6)已知大理石含CaCO3的质量分数为a,m g大理石可以制得n g CaO2,请计算:CaCO3转化为CaO2过程中,Ca原子的利用率________

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【推荐1】甲醇是重要的化工原料,又是可再生能源,工业合成甲醇有如下几种方法:
(1)水煤气合成法。制备甲醇的主要反应为CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)。原料气的加工过程中常混有一定量CO2,为了研究不同温度下CO2对该反应的影响,以CO2、CO和H2的混合气体为原料在一定条件下进行实验,结果表明,原料气各组分含量不同时,反应生成甲醇的产率是不同的。实验数据如下表所示。
φ(CO2)-φ(CO)-φ(H2)/%0-30-704-26-708-22-7020-10-70
反应温度/℃225235250225235250225235250225235250
碳转化率/%4.98.811.019.033.156.517.733.454.48.012.022.6
由表中数据分析可知:一定条件下,CO2对甲醇合成的影响是_______
(2)CO2催化转化法:以CO2、H2为原料在催化剂作用下合成CH3OH涉及的主要反应:
I.CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H1=-49.5kJ·mol-1
II.CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) △H2=-90.4kJ·mol-1
III.CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) △H3
①△H3=_______
②一定条件下,向2L恒容密闭容器中通入1mol CO2和3mol H2发生上述反应,经5min达到平衡时,容器中CH3OH(g)为a mol,CO(g)为b mol,则这段时间内以H2O(g)表示的化学反应速率为_______mol·L-1·min-1。(用含a、b的代数式表示)。
③不同压强下,按照n(CO2):n(H2)=1:3投料,实验测得CO2的平衡转化率随温度(T)变化关系如图所示。则压强P1P2P3由大到小的顺序为_______,温度高于T1时,CO2的平衡转化率几乎相等的原因是_______

(3)甲烷催化氧化法:
主反应:2CH4(g)+O2(g) 2CH3OH(g)
副反应:CH4(g)+2O2(g) CO2(g)+2H2O(g)
①科学家将CH4、O2和H2O(g) (H2O是活性催化剂)按照一定体积比在催化剂表面合成甲醇部分反应历程如图所示(吸附在催化剂表面的物种用*标注,TS代表过渡态)。

该历程中正反应的最大活化能为_______kJ·mol-1,写出该步骤的化学方程式_______
②向恒温刚性容器中按照体积比为2:1:7充入CH4、O2和H2O(g),在500K下反应达到平衡时,CH3OH的选择性(甲醇的选择性=×100%)为90%,CH4的转化率为50%,则副反应的压强平衡常数KP=_______(保留小数点后一位)。
2022-01-24更新 | 251次组卷
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【推荐2】硫酸工厂尾气中常常含有较多的SO2,常采用如下方法进行处理。
Ⅰ.氨水吸收法。匀速向氨水中通入SO2,下列措施能提高尾气中SO2去除率的是___________(填字母)。
a.增大氨水浓度
b.升高反应温度
c.使尾气与氨水充分接触
d.通入空气使HSO3-转化为SO
Ⅱ.O3氧化法。已知:3O2(g)⇌2O3(g) ΔH1=+287.2 kJ·mol-1
SO2(g)+0.5O2(g)⇌SO3(g) ΔH2=-98 kJ·mol-1
则SO2(g)+O3(g)⇌SO3(g)+O2(g) ΔH3=___________KJ·mol-1
Ⅲ.CO还原法。
(1)SO2与CO反应的热化学方程式为2CO(g)+SO2(g)⇌S(l)+2CO2(g),ΔH=akJ·mol-1.在体积为1.0L的恒容密闭容器中加入0.4molCO和0.2molSO2.平衡时SO2的物质的量浓度随温度的变化如图所示(图中Ⅰ、Ⅱ点均处于曲线上)。则平衡常数K(状态Ⅰ)_________K(状态Ⅱ)(填“大于”、“小于”或“等于”,下同)。逆反应速率v:v(状态Ⅰ)_________v(状态Ⅱ)

(2)其他条件相同,催化剂不同时,反应相同时间SO2的转化率随反应温度的变化如图所示,260℃条件下选择_____(填“Fe2O3”、“NiO”或“Cr2O3”)作催化剂时反应速率最快。不考虑价格因素,与NiO相比,选择Fe2O3作催化剂的优势是______
2020-12-15更新 | 112次组卷
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【推荐3】关于水煤气变换反应CO(g)+H2OCO2(g)+H2(g)(简称WGS),目前普遍接受的表面氧化还原机理的可能基元反应步骤如下:
①H2O+* H2O* ②H2O*+*OH*+H*③OH*+*O*+H* ④2H*+*H2+2*
⑤CO+*CO*⑥CO*+O*CO2*+* ⑦CO2*CO2+*
其中*表示催化剂表面活性位,X*表示金属表面吸附物种。
表1   WGS反应中可能基元反应步骤的活化能数值(单位:kJ·mol-1)

注:表中X(111)表示不同金属的同一晶面,110与111表示不同晶面。
(1)分析表中数据,该机理中WGS反应的速率控制步骤是___________(填序号)。
(2)由表中数据可计算Cu(111)催化WGS反应的焓变△H=____kJ·mol-1

(3)WGS反应的速率表达式:V=k·c(CO)·c(H2O),v=k·c(CO2)·c(H2)(k、k为化学反应速率常数,只与温度有关)。图1是反应速率常数的自然对数与温度倒数的关系图象。由图1可判断550K~600K温度范围内,四种催化剂中活性最好的是_______________
(4)已知T1时WGS反应的KP=18。温度分别为T2、T3(已知T1>T2>T3)时WGS反应中CO和CO2分压随时间变化关系如图2所示,催化剂为Au(111),实验初始时体系中的p(H2O)和p(CO)相等,p(CO2)和p(H2)相等。则T2时,表示p(CO)、p(CO2)的曲线分别是__________________;T2、T3时WGS反应的KP分别为_____________
2020-07-17更新 | 426次组卷
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