实现二氧化碳选择性,稳定性加氢合成甲醇是“甲醇经济”理念下的一个重要成果。反应包括两步:
Ⅰ.
Ⅱ.
(1)由合成的热化学方程式_______ 。
(2)恒压下,按时,该反应在无分子筛膜和有分子筛膜时甲醇的平衡产率随温度的变化如图所示。(分子筛膜能选择性分离出水)。
①根据图中数据,压强不变采用有分子筛膜时的最佳反应温度为_______ 。
②有分子筛膜时甲醇产率高的原因是_______ 。
(3)如果在不同压强下,和的起始物质的量比仍为,测定的平衡转化率和的平衡产率随温度升高的变化关系,如图所示:
已知:的平衡转化率,的平衡产率。
①压强p1______ p2(填“”或“”),原因_______ 。
②其中图中纵坐标表示CO2平衡转化率的是图_______ (填“甲”或“乙”)。
③图乙中T1温度时,两条曲线几乎交于一点,分析原因_______ 。
Ⅰ.
Ⅱ.
(1)由合成的热化学方程式
(2)恒压下,按时,该反应在无分子筛膜和有分子筛膜时甲醇的平衡产率随温度的变化如图所示。(分子筛膜能选择性分离出水)。
①根据图中数据,压强不变采用有分子筛膜时的最佳反应温度为
②有分子筛膜时甲醇产率高的原因是
(3)如果在不同压强下,和的起始物质的量比仍为,测定的平衡转化率和的平衡产率随温度升高的变化关系,如图所示:
已知:的平衡转化率,的平衡产率。
①压强p1
②其中图中纵坐标表示CO2平衡转化率的是图
③图乙中T1温度时,两条曲线几乎交于一点,分析原因
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更新时间:2021-03-26 10:48:11
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【推荐1】中国政府承诺,到2020年,单位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%~50%。CO2可转化成有机物实现碳循环,有效降低碳排放。
(1)已知:CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g) ΔH1=-91kJ•mol-1
2CH3OH(g)⇌CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH2=-24kJ•mol-1
3CO(g)+3H2(g)⇌CH3OCH3(g)+CO2(g) ΔH3=-247kJ•mol-1
则反应CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g) ΔH=___________ 。
(2)某温度下,在体积为1L的恒容密闭容器中,充入1molCO2和3molH2,一定条件下反应:CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g),测得CH3OH(g)浓度随时间变化如下图所示。
①计算:从0min到3min,H2O的平均反应速率v(H2O)=____ mol•L-1•min-1保留两位有效数字);反应的平衡常数K=___ 。
②能说明上述反应达到平衡状态的是_____ 填编号)。
A.混合气体的颜色不再发生变化
B.c(CO2):c(H2)=1:3
C.混合气体的平均相对分子质量保存不变
D.CO2的物质的量分数在混合气体中保持不变
(3)以甲醇为燃料的新型电池的成本大大低于以氢为燃料的传统燃料电池,下图是目前研究较多的一类固体氧化物燃料电池的工作原理示意图。
A极为电池的_______ 极,B电极的反应式为______ 。
(4)在25℃时,将ymol/L的CH3COOH与0.1mol/LNaOH溶液等体积混合,反应结束恢复至25℃,此时c(CH3COO-)=c(Na+),则此时溶液显_____ 性,25℃时CH3COOH的电离平衡常数为_____ (用含y的代数式表示)。
(1)已知:CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g) ΔH1=-91kJ•mol-1
2CH3OH(g)⇌CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH2=-24kJ•mol-1
3CO(g)+3H2(g)⇌CH3OCH3(g)+CO2(g) ΔH3=-247kJ•mol-1
则反应CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g) ΔH=
(2)某温度下,在体积为1L的恒容密闭容器中,充入1molCO2和3molH2,一定条件下反应:CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g),测得CH3OH(g)浓度随时间变化如下图所示。
①计算:从0min到3min,H2O的平均反应速率v(H2O)=
②能说明上述反应达到平衡状态的是
A.混合气体的颜色不再发生变化
B.c(CO2):c(H2)=1:3
C.混合气体的平均相对分子质量保存不变
D.CO2的物质的量分数在混合气体中保持不变
(3)以甲醇为燃料的新型电池的成本大大低于以氢为燃料的传统燃料电池,下图是目前研究较多的一类固体氧化物燃料电池的工作原理示意图。
A极为电池的
(4)在25℃时,将ymol/L的CH3COOH与0.1mol/LNaOH溶液等体积混合,反应结束恢复至25℃,此时c(CH3COO-)=c(Na+),则此时溶液显
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(0.4)
【推荐2】绿色甲醇是2023年杭州亚运会主火炬燃料,制备绿色甲醇分为三个阶段:利用可再生能源制绿氢、的捕集、和反应制甲醇。
I.利用太阳能制绿氢:该制氢反应机理如图所示,光照催化剂会产生电子和具有强氧化性的电子空穴,加入助催化剂有利于电子与的分离。
(1)该制氢总反应方程式为_______ 。
Ⅱ.和反应制甲醇转化过程涉及如下两个反应:
反应i:
反应ii:
(2)①制甲醇总反应方程式的平衡常数表达式_______ 。
②在图中画出不同温度下,反应i中的平衡转化率随压强变化的关系图_______ (假设只发生反应i,请在图上标注温度和)。
(3)在体积为的密闭容器中,反应ii中的平衡转化率与反应物投料比及温度的关系如图,I、Ⅱ曲线分别表示投料比不同时的平衡转化率随温度的变化曲线(假设只发生反应ii):
①反应热a_______ (填“>”或“<”)0,判断依据为_______ 。
②投料比:I_______ (填“大于”或“小于”)Ⅱ,若Ⅱ条件下反应的、投料比为0.5,结合图像求出B点的平衡常数_______ 。
I.利用太阳能制绿氢:该制氢反应机理如图所示,光照催化剂会产生电子和具有强氧化性的电子空穴,加入助催化剂有利于电子与的分离。
(1)该制氢总反应方程式为
Ⅱ.和反应制甲醇转化过程涉及如下两个反应:
反应i:
反应ii:
(2)①制甲醇总反应方程式的平衡常数表达式
②在图中画出不同温度下,反应i中的平衡转化率随压强变化的关系图
(3)在体积为的密闭容器中,反应ii中的平衡转化率与反应物投料比及温度的关系如图,I、Ⅱ曲线分别表示投料比不同时的平衡转化率随温度的变化曲线(假设只发生反应ii):
①反应热a
②投料比:I
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(0.4)
解题方法
【推荐3】甲醇是重要的化工原料。利用合成气(主要成分为(CO,CO2和H2)在催化剂的作用下合成甲醇,可能发生的反应如下:
i:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1
ii:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH2
iii:CH3OH(g)CO(g)+2H2(g) ΔH3
回答下列问题:
(1)已知反应2中相关化学键键能数据如下:
由此计算ΔH2=___ kJ·mol-1。已知ΔH1=-63kJ·mol-1,则ΔH3=___ kJ·mol-1。
(2)对于反应1,不同温度对CO2的平衡转化率及催化剂的效率影响如图所示,请回答下列问题:
①下列说法不正确的是( )
A.M点时平衡常数比N点时平衡常数大
B.温度低于250℃时,随温度升高甲醇的平衡产率降低
C.其他条件不变,若不使用催化剂,则250℃时CO2的平衡转化率可能位于M1
D.实际反应应尽可能在较低的温度下进行,以提高CO2的转化率
②若在刚性容器中充入3molH2和1molCO2发生反应1,起始压强为4MPa,则图中M点CH3OH的体积分数为___ ,250℃时反应的平衡常数Kp=___ (MPa)-2(保留三位有效数字);
③若要进一步提高甲醇产率,可采取的措施有___ (写两条即可)
(3)相同条件下,一定比例CO/CO2/H2混合气体甲醇生成速率大于CO2/H2混合气体甲醇生成速率,结合反应1、2分析原因:___ 。
(4)以二氧化钛表面覆盖Cu2A12O4为催化剂,可以将CO2和CH4直接转化成乙酸,CO2(g)+CH4(g)CH3COOH(g),在不同温度下催化剂的催化效率与乙酸的生成速率如图所示:
250~300℃时,乙酸的生成速率降低的主要原因是___ 。
300~400℃时,乙酸的生成速率升高的主要原因是___ 。
i:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1
ii:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH2
iii:CH3OH(g)CO(g)+2H2(g) ΔH3
回答下列问题:
(1)已知反应2中相关化学键键能数据如下:
化学键 | H—H | C=O | C≡O | H—O |
E/KJ·mol-1 | 436 | 803 | 1076 | 465 |
由此计算ΔH2=
(2)对于反应1,不同温度对CO2的平衡转化率及催化剂的效率影响如图所示,请回答下列问题:
①下列说法不正确的是
A.M点时平衡常数比N点时平衡常数大
B.温度低于250℃时,随温度升高甲醇的平衡产率降低
C.其他条件不变,若不使用催化剂,则250℃时CO2的平衡转化率可能位于M1
D.实际反应应尽可能在较低的温度下进行,以提高CO2的转化率
②若在刚性容器中充入3molH2和1molCO2发生反应1,起始压强为4MPa,则图中M点CH3OH的体积分数为
③若要进一步提高甲醇产率,可采取的措施有
(3)相同条件下,一定比例CO/CO2/H2混合气体甲醇生成速率大于CO2/H2混合气体甲醇生成速率,结合反应1、2分析原因:
(4)以二氧化钛表面覆盖Cu2A12O4为催化剂,可以将CO2和CH4直接转化成乙酸,CO2(g)+CH4(g)CH3COOH(g),在不同温度下催化剂的催化效率与乙酸的生成速率如图所示:
250~300℃时,乙酸的生成速率降低的主要原因是
300~400℃时,乙酸的生成速率升高的主要原因是
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【推荐1】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:
(1)已知:、和键的键能分别为、和。
则___________ 。
(2)已知:在催化剂I和II的催化下的反应历程和能量变化如下图。①在相同条件下使用催化剂___________ (填I或II)时,反应过程中所能达到的最高浓度更大。
②在相同条件下反应达到平衡状态,为提高的平衡浓度和的平衡物质的量分数,可以采取的措施是___________ 。
(3)以为原料合成涉及的主要反应如下:
I.
II.
在密闭容器中,压强恒为,,,平衡转化率、在催化剂作用下反应相同时间所测得的实际转化率,随温度的变化如图所示。的选择性可表示为。
①反应的最佳温度___________ 。
②反应温度超过时,平衡转化率逐渐增大的原因是___________ 。
③反应温度超过时,实际转化率逐渐减小的原因是___________ 。
④反应温度在时,点的选择性为,则平衡时___________ (保留三位有效数字,后面相同),反应II的压强平衡常数___________ 。
(4)工业废气中含有的和可利用如下装置回收利用。①装置a中发生反应的离子方程式___________ 。
②装置b中,x和y为石墨电极,写出电极x的电极反应___________ 。
(1)已知:、和键的键能分别为、和。
则
(2)已知:在催化剂I和II的催化下的反应历程和能量变化如下图。①在相同条件下使用催化剂
②在相同条件下反应达到平衡状态,为提高的平衡浓度和的平衡物质的量分数,可以采取的措施是
(3)以为原料合成涉及的主要反应如下:
I.
II.
在密闭容器中,压强恒为,,,平衡转化率、在催化剂作用下反应相同时间所测得的实际转化率,随温度的变化如图所示。的选择性可表示为。
①反应的最佳温度
②反应温度超过时,平衡转化率逐渐增大的原因是
③反应温度超过时,实际转化率逐渐减小的原因是
④反应温度在时,点的选择性为,则平衡时
(4)工业废气中含有的和可利用如下装置回收利用。①装置a中发生反应的离子方程式
②装置b中,x和y为石墨电极,写出电极x的电极反应
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(0.4)
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解题方法
【推荐2】CO是大气污染气体,可利用化学反应进行治理或转化。
(1)甲醇是重要的溶剂和燃料,工业上用CO和H2在一定条件下制备CH3OH的反应为:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH<0
①T℃时,向容积为2 L的恒容密闭容器中充入1 mol CO和1.2 mol H2,一段时间后达到平衡,此时H2与CH3OH的体积分数之比为2∶5,该反应的平衡常数K=____ ;此时若向容器中再通入0.4 mol CO和0.2 mol CH3OH(g),则平衡将____ 移动。(填“向正反应方向”、“不”或“向逆反应方向”)
②在一容积可变的密闭容器中充入一定物质的量的CO和H2,测得CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如图所示。a、b、c三点平衡常数K(a)、K(b)、K(c)的大小关系是____ 。b、d两点的正反应速率vb(CO)____ vd(CO)。
(2)沥青混凝土可作为2CO(g)+O2(g)2CO2(g)反应的催化剂。如图表示在相同的恒容密闭容器、相同起始浓度、反应相同的时间,使用同质量的不同沥青混凝土(α型、β型)催化时,CO的转化率与温度的关系。
①a、b、c、d四点中表示平衡状态的是____ ;
②相同条件下,____ 型沥青混凝土催化效果更佳;
③e点转化率出现突变的原因可能是____ 。
(1)甲醇是重要的溶剂和燃料,工业上用CO和H2在一定条件下制备CH3OH的反应为:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH<0
①T℃时,向容积为2 L的恒容密闭容器中充入1 mol CO和1.2 mol H2,一段时间后达到平衡,此时H2与CH3OH的体积分数之比为2∶5,该反应的平衡常数K=
②在一容积可变的密闭容器中充入一定物质的量的CO和H2,测得CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如图所示。a、b、c三点平衡常数K(a)、K(b)、K(c)的大小关系是
(2)沥青混凝土可作为2CO(g)+O2(g)2CO2(g)反应的催化剂。如图表示在相同的恒容密闭容器、相同起始浓度、反应相同的时间,使用同质量的不同沥青混凝土(α型、β型)催化时,CO的转化率与温度的关系。
①a、b、c、d四点中表示平衡状态的是
②相同条件下,
③e点转化率出现突变的原因可能是
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(0.4)
【推荐3】二氧化硫的催化氧化是工业上生产硫酸的主要反应。回答下列问题:
(1)在密闭容器中反应:2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)达到平衡时,由于条件改变而引起反应速率和化学平衡的变化情况如图所示,a→b过程中改变的条件可能是_______ ;b→c过程中改变的条件可能是_______ 。
(2)当SO2、O2、N2(不参与反应)起始的物质的量分数分别为10%、15%和75%时,在0.5 MPa、2.5 MPa和5.0 MPa下,SO2的平衡转化率[α(SO2)]随温度的变化如图所示。反应在0.5 MPa、550 ℃时的SO2的平衡转化率为_______ ,判断的依据是_______ 。
(3)将起始的物质的量分数分别为10%、15%和75%的SO2、O2、N2(不参与反应)通入反应器中,在恒温T、恒压p条件下进行反应。平衡时,若SO2的转化率为α1,则SO3的分压为_______ ,用p(SO2)、p(SO3)、p(O2)表示各气体的分压,用分压代替浓度,则平衡常数Kp的表达式为_______ 。
(4)高炉炼铁的尾气中通常含有较多的SO2气体。为减少污染,分离并回收气体,工业上用碱性工业废渣吸收SO2气体,脱硫效率与温度的关系如图所示。依据图中数据分析,脱硫最合适的温度是_______ ℃。
(1)在密闭容器中反应:2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)达到平衡时,由于条件改变而引起反应速率和化学平衡的变化情况如图所示,a→b过程中改变的条件可能是
(2)当SO2、O2、N2(不参与反应)起始的物质的量分数分别为10%、15%和75%时,在0.5 MPa、2.5 MPa和5.0 MPa下,SO2的平衡转化率[α(SO2)]随温度的变化如图所示。反应在0.5 MPa、550 ℃时的SO2的平衡转化率为
(3)将起始的物质的量分数分别为10%、15%和75%的SO2、O2、N2(不参与反应)通入反应器中,在恒温T、恒压p条件下进行反应。平衡时,若SO2的转化率为α1,则SO3的分压为
(4)高炉炼铁的尾气中通常含有较多的SO2气体。为减少污染,分离并回收气体,工业上用碱性工业废渣吸收SO2气体,脱硫效率与温度的关系如图所示。依据图中数据分析,脱硫最合适的温度是
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【推荐1】二氧化碳的资源化利用是化学研究的重要课题。我国科研人员利用直接电解装置将二氧化碳转化成液态甲酸,然后将甲酸通过合适的催化剂进行选择性制氢,获得清洁能源。
(1)甲酸选择性制氢反应为HCOOH(g)=CO2(g)+H2O(g) ∆H,相关物质的燃烧热及汽化热数据如下表所示:
则△H=___________
(2)我国科学家在选择性制包反应催化机理研究中取得了新进展,首次将多相纳米钉催化剂用于纯甲酸选择性制氛反应。该反应的一种反应机理如图所示,路线①→②→③代表主反应的反应过程,路线①→②’→③’代表副反应的反应过程。
该过程中发生副反应的化学方程式为___________ 。经过研究分析改变的浓度对选择性制氢反应总反应速率影响最大,则选择性制氢反应的三步反应中,活化能最大的反应是___________ (填“①”②"或“③)。
(3)下图表示中酸选择性制氢反应过程中,在2.5 MPa、5 MPa和10 MPa压强下甲酸的转化率随温度变化的平衡曲线。则副反应为___________ (填“放热”或吸热”)反应。反应在D点对应的压强=___________ ,判断的依据是___________ 。
(4)在543K下,将1 molHCOOH蒸气充入刚性容器中,在催化剂作用下进行选择性制氢反应:HCOOH(g)=CO2(g)+H2(g),该过程中同时有副反应发生。达到平衡时,体系总压强为p kPa。测得实验数据如下:
已知: H2的选择性是指发生反应的HCOOH中转化为H2的HCOOH所占的百分比。则CO的分压P(CO)数值为___________ ,选择性制氢反应的平衡常数Kp=___________ 。(书写计算式)
(1)甲酸选择性制氢反应为HCOOH(g)=CO2(g)+H2O(g) ∆H,相关物质的燃烧热及汽化热数据如下表所示:
物质 | HCOOH(l) | H2(g) | 物质 | HCOOH(l) |
燃烧热△H(kJ·mol-1) | —254.4 | —295.8 | 汽化热△H(kJ·mol-1) | +15.2 |
(2)我国科学家在选择性制包反应催化机理研究中取得了新进展,首次将多相纳米钉催化剂用于纯甲酸选择性制氛反应。该反应的一种反应机理如图所示,路线①→②→③代表主反应的反应过程,路线①→②’→③’代表副反应的反应过程。
该过程中发生副反应的化学方程式为
(3)下图表示中酸选择性制氢反应过程中,在2.5 MPa、5 MPa和10 MPa压强下甲酸的转化率随温度变化的平衡曲线。则副反应为
(4)在543K下,将1 molHCOOH蒸气充入刚性容器中,在催化剂作用下进行选择性制氢反应:HCOOH(g)=CO2(g)+H2(g),该过程中同时有副反应发生。达到平衡时,体系总压强为p kPa。测得实验数据如下:
T/K | HCOOH转化率/% | H2选择性/% |
543 | 75 | 60 |
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【推荐2】氢气是一种清洁能源,氢气的制取与储存是氢能源利用领域的研究热点。
I.制取氢气
(1)甲醇和水蒸气制取氢气的过程中有下列反应:
CH3OH(g)CO(g)+2H2(g) △H=+91 kJ·mol-1
CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2 (g) △H=-4lkJ·mol-1
写出以甲醇为原料制取氢气的热化学方程式___________ 。
(2)理论上,能提高H2平衡产率的措施有___________ (写出一条即可)。
II.储存氢气
硼氢化钠(NaBH4) 是研究最广泛的储氢材料之一;
已知: i.B的电负性为2.0 H的电负性为2.1
ii.25℃下NaBH4 在水中的溶解度为55g,NaBO2在水中的溶解度为0.28g
(3)向NaBH4 水溶液中加入催化剂Ru/NGR后,能够迅速反应,生成偏硼酸钠(NaBO2) 和氢气。写出该反应的化学方程式___________ 。
(4)在研究浓度对催化剂Ru/NGR 活性的影响时,发现B 点后(见下图)增加NaBH4的浓度,制氢速率反而下降,推断可能的原因是___________ 。
(5)用惰性电极电解NaBO2 溶液可制得NaBH4, 实现物质的循环使用,制备装置如图所示。
①钛电极的电极反应式是___________ ;
②电解过程中,阴极区溶液pH___________ 。(填“增大”“减小”或“不变”)
I.制取氢气
(1)甲醇和水蒸气制取氢气的过程中有下列反应:
CH3OH(g)CO(g)+2H2(g) △H=+91 kJ·mol-1
CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2 (g) △H=-4lkJ·mol-1
写出以甲醇为原料制取氢气的热化学方程式
(2)理论上,能提高H2平衡产率的措施有
II.储存氢气
硼氢化钠(NaBH4) 是研究最广泛的储氢材料之一;
已知: i.B的电负性为2.0 H的电负性为2.1
ii.25℃下NaBH4 在水中的溶解度为55g,NaBO2在水中的溶解度为0.28g
(3)向NaBH4 水溶液中加入催化剂Ru/NGR后,能够迅速反应,生成偏硼酸钠(NaBO2) 和氢气。写出该反应的化学方程式
(4)在研究浓度对催化剂Ru/NGR 活性的影响时,发现B 点后(见下图)增加NaBH4的浓度,制氢速率反而下降,推断可能的原因是
(5)用惰性电极电解NaBO2 溶液可制得NaBH4, 实现物质的循环使用,制备装置如图所示。
①钛电极的电极反应式是
②电解过程中,阴极区溶液pH
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较难
(0.4)
解题方法
【推荐3】探究CH3OH合成反应化学平衡的影响因素,有利于提高CH3OH的产率。以CO2、H2为原料合成CH3OH涉及的主要反应如下:
Ⅰ.
Ⅱ.
Ⅲ.
回答下列问题:
(1)_______ 。
(2)一定条件下,向体积为VL的恒容密闭容器中通入1 mol CO2和3 mol H2发生上述反应,达到平衡时,容器中CH3OH(g)为ɑ mol,CO为b mol,此时H2O(g)的浓度为_______ mol﹒L-1(用含a、b、V的代数式表示,下同),反应Ⅲ的平衡常数为_______ 。
(3)不同压强下,按照n(CO2):n(H2)=1:3投料,实验测定CO2平衡转化率和CH3OH的平衡产率随温度的变化关系如下图所示。
已知:CO2的平衡转化率=
CH3OH的平衡产率=
其中纵坐标表示CO2平衡转化率的是图_______ (填“甲”或“乙”);压强p1、p2、p3由大到小的顺序为_______ ;图乙中T1温度时,三条曲线几乎交于一点的原因是_______ 。
(4)为同时提高CO2的平衡转化率和CH3OH的平衡产率,应选择的反应条件为_______(填标号)。
Ⅰ.
Ⅱ.
Ⅲ.
回答下列问题:
(1)
(2)一定条件下,向体积为VL的恒容密闭容器中通入1 mol CO2和3 mol H2发生上述反应,达到平衡时,容器中CH3OH(g)为ɑ mol,CO为b mol,此时H2O(g)的浓度为
(3)不同压强下,按照n(CO2):n(H2)=1:3投料,实验测定CO2平衡转化率和CH3OH的平衡产率随温度的变化关系如下图所示。
已知:CO2的平衡转化率=
CH3OH的平衡产率=
其中纵坐标表示CO2平衡转化率的是图
(4)为同时提高CO2的平衡转化率和CH3OH的平衡产率,应选择的反应条件为_______(填标号)。
A.低温、高压 | B.高温、低压 | C.低温、低压 | D.高温、高压 |
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