是石油化工行业产生的污染性气体,工业上采取多种方式进行处理。
Ⅰ.干法脱硫
(1)已知的燃烧热(a>0),S的燃烧热(b>0),则常温下空气直接氧化脱除的反应:___________ kJ/mol。
(2)常用脱硫剂反应条件如下表,最佳脱硫剂为___________ 。
Ⅱ.热分解法脱硫
在密闭容器中,充入一定量的气体,发生分解反应,控制不同的温度和压强,实验结果如图。
(3)图中压强P1、P2、P3由大到小的顺序为___________ ,该反应为___________ (填吸热”或“放热”)反应,若要进一步提高的平衡转化率,可以采取的措施有___________ (任写一种)。
(4)若压强为P2、温度为975℃,的平衡常数,则起始的物质的量浓度c=___________ mol/L,若向容器中再加入气体,相同温度下再次达到平衡时,K___________ 0.04(填“>”“<”或“=”)。
Ⅲ.间接电解法脱硫
通过溶液吸收并氧化气体,再通过电解再生,实现循环使用,该法处理过程如图。
(5)电解反应器中总反应的离子方程式为___________ 。
Ⅰ.干法脱硫
(1)已知的燃烧热(a>0),S的燃烧热(b>0),则常温下空气直接氧化脱除的反应:
(2)常用脱硫剂反应条件如下表,最佳脱硫剂为
脱硫剂 | 出口硫(mg/m3) | 脱硫温度 | 操作压力 | 再生条件 |
一氧化碳 | <1.33 | 300~400 | 0~3.0 | 蒸气再生 |
活性炭 | <1.33 | 常温 | 0~3.0 | 蒸气再生 |
氧化锌 | <1.33 | 350~400 | 0~3.0 | 不再生 |
在密闭容器中,充入一定量的气体,发生分解反应,控制不同的温度和压强,实验结果如图。
(3)图中压强P1、P2、P3由大到小的顺序为
(4)若压强为P2、温度为975℃,的平衡常数,则起始的物质的量浓度c=
Ⅲ.间接电解法脱硫
通过溶液吸收并氧化气体,再通过电解再生,实现循环使用,该法处理过程如图。
(5)电解反应器中总反应的离子方程式为
更新时间:2021-05-15 13:09:55
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【推荐1】党的十九大报告中多次提及“绿色环保”、“生态文明”,而 CO2的有效利用可以缓解温室效应,解决能源短缺问题。
(1)某研究所的科研人员在新型纳米催化剂 Na-Fe3O4和 HMCM-22 的表面,以 CO2为碳源,与电解水产生的 H2催化转化为高附加值的烃类化合物,其过程如图。
图中 CO2转化为 CO 的反应为:CO2(g) + H2(g)=CO(g) + H2O(g) ΔH1 = + 41 kJ•mol-1。已知:2CO2(g) + 6H2(g)=C2H4(g) + 4H2O(g) ΔH2=-128 kJ•mol-1。图中 CO 转化为 C2H4的热化学方程式是__________________ 。
(2)甲醇是未来重要的绿色能源之一,在工业中常用 CO、H2合成甲醇,其反应为:CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g) ΔH3 < 0
①为了探究浓度对反应速率的影响,200℃ 时在 10 L 恒容密闭容器中进行实验,测得的实验数据如下表所示:
该反应速率的通式为 v正=k正 cm(CO)•cn(H2)(k 正是与温度有关的速率常数)。由表中数据可确定反应速率通式中 m =_______ 、n =_____ (取正整数)。实验发现,当实验 1 中 c(H2) = 0.25 mol•L-1时达到平衡,请计算该反应的平衡常数 K = _____ 。
②若将一定比例的 CO 和 H2 在装有催化剂的反应器中反应 12 小时,体系中甲醇的产率和催化剂的催化活性与温度的关系如图所示。
请判断温度为 470 K 时,图中 P 点_________ (填“是”或“不是”)处于平衡状态,490 K 之后,甲醇产率随温度升高而减小的可能原因为:_____ 、 _____ 。
(3)近年来,有研究人员用 CO2 通过电催化生成多种燃料,其工作原理如图所示。
①请写出 Cu 电极上产生 CH3OH 的电极反应式:_____________ 。
②如果Cu 电极上只生成 0.15 mol C2H4和 0.30 mol CH3OH,则 Pt 电极上产生O2的物质的量为___________ mol。
③已知 HCOOH 为一元弱酸,常温下将 0.1 mol•L-1 HCOOH 溶液与 0.1 mol•L-1 NaOH 溶液按体积比 a : b混和(忽略溶液体积的变化),混合后溶液恰好显中性,则 HCOOH 的电离常数 Ka=_____________ (用含 a、b 的代数式表示)。
(1)某研究所的科研人员在新型纳米催化剂 Na-Fe3O4和 HMCM-22 的表面,以 CO2为碳源,与电解水产生的 H2催化转化为高附加值的烃类化合物,其过程如图。
图中 CO2转化为 CO 的反应为:CO2(g) + H2(g)=CO(g) + H2O(g) ΔH1 = + 41 kJ•mol-1。已知:2CO2(g) + 6H2(g)=C2H4(g) + 4H2O(g) ΔH2=-128 kJ•mol-1。图中 CO 转化为 C2H4的热化学方程式是
(2)甲醇是未来重要的绿色能源之一,在工业中常用 CO、H2合成甲醇,其反应为:CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g) ΔH3 < 0
①为了探究浓度对反应速率的影响,200℃ 时在 10 L 恒容密闭容器中进行实验,测得的实验数据如下表所示:
实验 | 起始浓度/(mol·L-1) | 初始速率/(mol·L-1·min-1) | |
CO | H2 | ||
1 | 0.25 | 0.50 | 0.391 |
2 | 0.25 | 1.00 | 0.781 |
3 | 0.50 | 0.50 | 0.780 |
②若将一定比例的 CO 和 H2 在装有催化剂的反应器中反应 12 小时,体系中甲醇的产率和催化剂的催化活性与温度的关系如图所示。
请判断温度为 470 K 时,图中 P 点
(3)近年来,有研究人员用 CO2 通过电催化生成多种燃料,其工作原理如图所示。
①请写出 Cu 电极上产生 CH3OH 的电极反应式:
②如果Cu 电极上只生成 0.15 mol C2H4和 0.30 mol CH3OH,则 Pt 电极上产生O2的物质的量为
③已知 HCOOH 为一元弱酸,常温下将 0.1 mol•L-1 HCOOH 溶液与 0.1 mol•L-1 NaOH 溶液按体积比 a : b混和(忽略溶液体积的变化),混合后溶液恰好显中性,则 HCOOH 的电离常数 Ka=
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【推荐2】化学在解决雾霾污染中有着重要的作用,雾霾由多种污染物形成,其中包含颗粒物PM2.5)、
氮氧化物(NOx)、CO、SO2等.
(1)已知:NO(g)+O2(g)═NO2(g)△H=﹣56.5kJ•mol﹣1
2SO2(g)+O2(g)═2SO3(g)△H=﹣196.6kJ•mol﹣1
则反应NO2(g)+SO2(g)═SO3(g)+NO(g)△H=_________ kJ•mol﹣1.
一定条件下,将NO2与SO2以物质的量比1:2置于恒温恒容的密闭容器中发生上述反应,
下列能说明反应达到平衡状态的有____________
a.混合气体的平均相对分子质量
b.混合气体颜色保持不变
c.SO3和NO的体积比保持不变
d.每消耗1mol SO3的同时生成1mol NO2
测得上述反应平衡时NO2与SO2物质的量比为1:3,则平衡常数K=________ (用分数表示)
NH3催化还原氮氧化物(SCR)技术是目前应用最广泛的烟气氮氧化物脱除技术。在氨气足量的情况下,不同c(NO2)/c(NO),不同温度对脱氮率的影响如图所示(已知氨气催化还原氮氧化物的正反应为放热反应),请解释300℃之后脱氮率逐渐减小的原因:__________________________
(2)CO综合利用.
①CO用于合成甲醇反应方程式为:CO(g)+2H2(g)═CH3OH(g)
若起始投入1molCO,2mol H2,CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如图所示.得知该反应的△H_________ 0,该反应的实际生产条件控制在 250 ℃、1.3×104kPa左右最为适宜.反应达平衡后,下列操作既能加快反应速率,又能使平衡混合物中CH3OH物质的量分数增大的是____________
a. 升温 b.恒容条件下充入H2
c.加入合适的正催化剂 d.恒容条件下再充入1molCO,2mol H2
e.压缩体积 f.移走一部分CH3OH
②电解CO制备CH4,电解质为碳酸钠溶液,工作原理如图2所示,写出阴极区电极
反应式_______________
(3)利用喷雾干燥法脱硫工艺是除去SO2的常见方法,先将含SO2的废气溶于水,再用饱和石灰浆吸收,具体步骤如下:
SO2(g)+H2O(l) H2SO3(l) H+(aq)+HSO (aq) Ⅰ
HSO (aq) H+(aq)+SO (aq) Ⅱ
Ca(OH)2(s) Ca2+(aq)+2OH-(aq) Ⅲ
Ca2+(aq)+SO (aq) CaSO3(s) Ⅳ
该温度下,测定吸收后液体中c(Ca2+)一直保持为0.70 mol/L,已知Ksp(CaSO3)=1.4×10-7,则吸收后溶液中的SO的浓度为_________________
氮氧化物(NOx)、CO、SO2等.
(1)已知:NO(g)+O2(g)═NO2(g)△H=﹣56.5kJ•mol﹣1
2SO2(g)+O2(g)═2SO3(g)△H=﹣196.6kJ•mol﹣1
则反应NO2(g)+SO2(g)═SO3(g)+NO(g)△H=
一定条件下,将NO2与SO2以物质的量比1:2置于恒温恒容的密闭容器中发生上述反应,
下列能说明反应达到平衡状态的有
a.混合气体的平均相对分子质量
b.混合气体颜色保持不变
c.SO3和NO的体积比保持不变
d.每消耗1mol SO3的同时生成1mol NO2
测得上述反应平衡时NO2与SO2物质的量比为1:3,则平衡常数K=
NH3催化还原氮氧化物(SCR)技术是目前应用最广泛的烟气氮氧化物脱除技术。在氨气足量的情况下,不同c(NO2)/c(NO),不同温度对脱氮率的影响如图所示(已知氨气催化还原氮氧化物的正反应为放热反应),请解释300℃之后脱氮率逐渐减小的原因:
(2)CO综合利用.
①CO用于合成甲醇反应方程式为:CO(g)+2H2(g)═CH3OH(g)
若起始投入1molCO,2mol H2,CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如图所示.得知该反应的△H
a. 升温 b.恒容条件下充入H2
c.加入合适的正催化剂 d.恒容条件下再充入1molCO,2mol H2
e.压缩体积 f.移走一部分CH3OH
②电解CO制备CH4,电解质为碳酸钠溶液,工作原理如图2所示,写出阴极区电极
反应式
(3)利用喷雾干燥法脱硫工艺是除去SO2的常见方法,先将含SO2的废气溶于水,再用饱和石灰浆吸收,具体步骤如下:
SO2(g)+H2O(l) H2SO3(l) H+(aq)+HSO (aq) Ⅰ
HSO (aq) H+(aq)+SO (aq) Ⅱ
Ca(OH)2(s) Ca2+(aq)+2OH-(aq) Ⅲ
Ca2+(aq)+SO (aq) CaSO3(s) Ⅳ
该温度下,测定吸收后液体中c(Ca2+)一直保持为0.70 mol/L,已知Ksp(CaSO3)=1.4×10-7,则吸收后溶液中的SO的浓度为
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【推荐3】乙烯是重要的化工原料,高效制备乙烯是科学家当前关注的热点。回答下列问题:
(1)一定温度和压强下,物质完全氧化为同温度下指定产物时的熔变为该物质的摩尔燃烧焓,氢元素氧化为,碳元素氧化为。时,几种物质的摩尔燃烧焓如下:
时由C(s,石墨)和反应生成的热化学方程式为_______ ,乙炔选择性加氢合成乙烯的主要反应为,则和的总能量_______ (填“大于”、“小于”或“等于”)的总能量。
(2)二氧化碳气氛下乙烷脱氢制乙烯是具有应用前景的绿色新工艺,其反应机理如图所示,该工艺总反应方程式为_______ 。
(3)科学家发现电解催化乙炔可以制取乙烯,同时得到副产品和,工作原理如图所示。
①生成的电极反应式为_______ ;通电一段时间后,左池溶液中的物质的量浓度_______ (填“增大”“减小”或“不变”)。
②若生成的和的物质的量之比为,则装置中消耗的和的物质的量之比为_______ 。
(1)一定温度和压强下,物质完全氧化为同温度下指定产物时的熔变为该物质的摩尔燃烧焓,氢元素氧化为,碳元素氧化为。时,几种物质的摩尔燃烧焓如下:
物质 | 化学式 | |
石墨 | ||
氢气 | ||
乙烯 | ||
乙炔 |
(2)二氧化碳气氛下乙烷脱氢制乙烯是具有应用前景的绿色新工艺,其反应机理如图所示,该工艺总反应方程式为
(3)科学家发现电解催化乙炔可以制取乙烯,同时得到副产品和,工作原理如图所示。
①生成的电极反应式为
②若生成的和的物质的量之比为,则装置中消耗的和的物质的量之比为
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【推荐1】研究表明:丰富的CO2可以作为新碳源,解决当前应用最广泛的碳源(石油和天然气)枯竭危机,同时又可缓解由CO2累积所产生的温室效应,实现CO2的良性循环。
(1)目前工业上有一种方法是用CO2加氢合成低碳烯烃。现以合成乙烯(C2H4)为例、该过程分两步进行:
第一步:CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ∆H =+41.3kJ·mol-1
第二步:2CO(g)+4H2(g) C2H4(g)+2H2O(g) ∆H =-210.5kJ·mol-1
①CO2加氢合成乙烯的热化学方程式为_______ 。
②一定条件下的密闭容器中,上述反应达到平衡后,要加快反应速率并提高CO2的转化率,可以采取的措施是_______ (填字母)。
A.减小压强 B.增大H2浓度 C.加入适当催化剂 D.分离出水蒸气
(2)另一种方法是将CO2和H2在230℃催化剂条件下生成甲醇蒸气和水蒸气。现在10L恒容密闭容器中投入1molCO2和2.75molH2,发生反应:CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)。在不同条件下测得平衡时甲醇的物质的量随温度、压强的变化如图所示:
①能判断该反应达到化学平衡状态的是_______ (填字母)。
a.c(H2):c(CH3OH)=3:1
b.容器内氢气的体积分数不再改变
c.容器内气体的密度不再改变
d.容器内压强不再改变
②上述反应的∆H_______ 0(填“>”或“<”),图中压强p1_______ p2(填“>”或“<”)。
③经测定知Q点时容器的压强是反应前压强的,则Q点H2的转化率为_______ 。
④N点时,该反应的平衡常数K=_______ (计算结果保留两位小数)。
(1)目前工业上有一种方法是用CO2加氢合成低碳烯烃。现以合成乙烯(C2H4)为例、该过程分两步进行:
第一步:CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ∆H =+41.3kJ·mol-1
第二步:2CO(g)+4H2(g) C2H4(g)+2H2O(g) ∆H =-210.5kJ·mol-1
①CO2加氢合成乙烯的热化学方程式为
②一定条件下的密闭容器中,上述反应达到平衡后,要加快反应速率并提高CO2的转化率,可以采取的措施是
A.减小压强 B.增大H2浓度 C.加入适当催化剂 D.分离出水蒸气
(2)另一种方法是将CO2和H2在230℃催化剂条件下生成甲醇蒸气和水蒸气。现在10L恒容密闭容器中投入1molCO2和2.75molH2,发生反应:CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)。在不同条件下测得平衡时甲醇的物质的量随温度、压强的变化如图所示:
①能判断该反应达到化学平衡状态的是
a.c(H2):c(CH3OH)=3:1
b.容器内氢气的体积分数不再改变
c.容器内气体的密度不再改变
d.容器内压强不再改变
②上述反应的∆H
③经测定知Q点时容器的压强是反应前压强的,则Q点H2的转化率为
④N点时,该反应的平衡常数K=
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【推荐2】目前由丙烷制备丙烯的方法主要为催化脱氢法、氧化脱氢法。回答下列问题:
(1)丙烷催化脱氢制丙烯的部分化学反应及其在0. 1 MPa时的lnKp(平衡常数KP以平衡分压代替浓度)与 温度的关系如图1所示。
主反应:I.C3H8(g)⇌C3H6(g)+ H2(g) ∆H1
副反应:II. C3H8(g)⇌CH4(g)+ C2H4 (g) ∆H2
III. C3H8(g) + H2(g)⇌ CH4(g)+ C2H6 (g) ∆H3
IV. C2H4(g) + H2(g)⇌C2H6(g) ∆H4
①△H3_______ (填“<”或“ >”)0。
②用 E(C—H)、E(C—C)、E(C=C)表示键能,则△H2=_______ 。
③当反应II的InKP=0时,Kp(Ⅲ)和Kp(IV)的关系是_______ 。
④图中 N 点分压 p(C3H6)=_______ [用 p(H2), p(CH4)及 p(C2H6)表示
⑤反应I分别在0.1 MPa和0.01 MPa进行时,丙烷和丙烯平衡时的物质的量分数随温度、压强的变化如图2所示:
表示0.01 MPa时丙烷的物质的量分数随温度变化的曲线是________ (填标号,下同),0. 1 MPa时丙烯的物质量分数随温度变化的曲线是_______ 。
(2)现有两个相同的恒压密闭容器,向甲容器中只通入C3H8(g),发生反应(a),向乙容器中通入C3H8(g)和CO2(g),使n(C3H8): n(CO2) = l:3,发生反应(b),C3H8的平衡转化率与温度的关系如图3所示。
反应(a):C3H8(g)⇌C3H6(g) + H2(g)
反应(b):C3 H8 (g) +CO2 (g)⇌C3H6 (g) + CO( g) + H2 O( g)
①相同温度下,反应(b)中C3 H8 (g)的平衡转化率比反应(a)的大,原因是_______ 。
②维持温度不变,使反应(b)的状态从图中X点移至Y点,可采取的措施是_______ 。
③T °C时,压强为p,反应(b)中丙烷的平衡转化率为50%,则反应(b)的Kp=_______ 。
(1)丙烷催化脱氢制丙烯的部分化学反应及其在0. 1 MPa时的lnKp(平衡常数KP以平衡分压代替浓度)与 温度的关系如图1所示。
主反应:I.C3H8(g)⇌C3H6(g)+ H2(g) ∆H1
副反应:II. C3H8(g)⇌CH4(g)+ C2H4 (g) ∆H2
III. C3H8(g) + H2(g)⇌ CH4(g)+ C2H6 (g) ∆H3
IV. C2H4(g) + H2(g)⇌C2H6(g) ∆H4
①△H3
②用 E(C—H)、E(C—C)、E(C=C)表示键能,则△H2=
③当反应II的InKP=0时,Kp(Ⅲ)和Kp(IV)的关系是
④图中 N 点分压 p(C3H6)=
⑤反应I分别在0.1 MPa和0.01 MPa进行时,丙烷和丙烯平衡时的物质的量分数随温度、压强的变化如图2所示:
表示0.01 MPa时丙烷的物质的量分数随温度变化的曲线是
(2)现有两个相同的恒压密闭容器,向甲容器中只通入C3H8(g),发生反应(a),向乙容器中通入C3H8(g)和CO2(g),使n(C3H8): n(CO2) = l:3,发生反应(b),C3H8的平衡转化率与温度的关系如图3所示。
反应(a):C3H8(g)⇌C3H6(g) + H2(g)
反应(b):C3 H8 (g) +CO2 (g)⇌C3H6 (g) + CO( g) + H2 O( g)
①相同温度下,反应(b)中C3 H8 (g)的平衡转化率比反应(a)的大,原因是
②维持温度不变,使反应(b)的状态从图中X点移至Y点,可采取的措施是
③T °C时,压强为p,反应(b)中丙烷的平衡转化率为50%,则反应(b)的Kp=
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【推荐3】甲醇水蒸气重整制氢的反应转换条件温和,副产物少,成为了诸多制氢方法的首选之一、甲醇水蒸气重整制氢过程中发生的化学反应如下:
i.
ii.
iii.
(1)___________ ;若反应i正反应的活化能,则逆反应的活化能___________ 。
(2)下图为含碳产物的选择性(如的选择性是指反应生成的甲醇占转化的甲醇的百分比)及产氢率随水醇物质的量之比的变化图像,曲线___________ (填“a”“b”或“c”)是的选择性曲线。由图可知,下列最优水醇物质的量之比是___________ (填字母)。A.1.2 B.1.7 C.2.5
(3)若甲醇水蒸气重整反应是在吸附剂存在的情况下进行的,产氢量随温度和的影响如下图所示。已知吸附剂的碳酸化反应为: 。①当一定时,温度小于,随温度升高产氢量增加;温度大于时,产氢量随温度升高而降低,降低的原因是___________ 。
②在温度为的恒容密闭的石英管中,加入碳酸钙,加热至反应完全后(碳酸钙始终有剩余),测得二氧化碳压强为。在相同温度下的恒容密闭石英管中按通入水蒸气和甲醇,并加入适量,测得压强为,待反应达平衡后,测得二氧化碳的选择性为80%,氢气的分压为,若氧化钙对二氧化碳的吸收率为50%,则的平衡分压为___________ ,反应iii的___________ 。若继续加入甲醇,则___________ (填“增大”“减小”或“不变”)。
i.
ii.
iii.
(1)
(2)下图为含碳产物的选择性(如的选择性是指反应生成的甲醇占转化的甲醇的百分比)及产氢率随水醇物质的量之比的变化图像,曲线
(3)若甲醇水蒸气重整反应是在吸附剂存在的情况下进行的,产氢量随温度和的影响如下图所示。已知吸附剂的碳酸化反应为: 。①当一定时,温度小于,随温度升高产氢量增加;温度大于时,产氢量随温度升高而降低,降低的原因是
②在温度为的恒容密闭的石英管中,加入碳酸钙,加热至反应完全后(碳酸钙始终有剩余),测得二氧化碳压强为。在相同温度下的恒容密闭石英管中按通入水蒸气和甲醇,并加入适量,测得压强为,待反应达平衡后,测得二氧化碳的选择性为80%,氢气的分压为,若氧化钙对二氧化碳的吸收率为50%,则的平衡分压为
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解题方法
【推荐1】I.利用CO2直接加氢合成二甲醚包括以下三个相互联系的反应:
甲醇的合成CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g)
甲醇脱水2CH3OH(g)⇌CH3OCH3(g)+H2O(g)
逆水汽变换CO2(g)+H2(g)⇌CO(g)+H2O(g)
相关物质变化的焓变示意图如下:
请回答:
(1)请写出CO2直接加氢合成二甲醚的热化学方程式:_____________________ 。
(2)保持恒温恒压的条件,当装置a充入1molCO2、装置b充入2molCO2,在其他条件不变时,请在下图中分别画出平衡时CH3OCH3的体积分数随投料比[]变化的曲线图,请用a、b标注曲线____________ 。
(3)在恒容密闭容器里按体积比为1:3充入二氧化碳和氢气,一定条件下反应达到平衡状态,当改变反应的某个条件后, 下列变化能说明平衡一定向逆反应方向移动的是__________ 。
A.正反应速率先增大后逐渐减小 B.逆反应速率先增大后逐渐减小
C.化学平衡常数K值增大 D.反应物的体积百分含量增大
E.混合气体的密度减小 F.氢气的转化率减小
(4)在恒压、CO2和H2起始物质的量之比为1:3的条件下,CO2平衡转化率和平衡时二甲醚的选择性随温度的变化如图。
CH3OCH3的选择性=×100%
①CO2平衡转化率随温度升高显示如图所示变化的原因是____________ 。
②关于合成二甲醚工艺的理解,下列说法正确的是__________ 。
A.合成二甲醚的反应在A点和B点时的化学平衡常数K(A)小于K(B)
B.当温度、压强一定时,在原料气(CO2和H2的比例不变)中添加少量惰性气体,有利于提高平衡转化率
C.其他条件不变,在恒容条件下的二甲醚平衡选择性比恒压条件下的平衡选择性低
D.由图象可知,CO2加氢合成二甲醚应该选择具有良好的低温活性的催化剂
II.汽车尾气是城市空气污染的一个重要因素,常用以下反应净化汽车尾气:2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g)在某温度T1℃下,2 L密闭容器中充入NO、CO各0.8mol,测得不同时间的NO和CO物质的量如下表:
(5)上述反应达到平衡后,继续加入NO、CO、CO2各0.4mol和N2______ mol时,平衡不移动。
甲醇的合成CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g)
甲醇脱水2CH3OH(g)⇌CH3OCH3(g)+H2O(g)
逆水汽变换CO2(g)+H2(g)⇌CO(g)+H2O(g)
相关物质变化的焓变示意图如下:
请回答:
(1)请写出CO2直接加氢合成二甲醚的热化学方程式:
(2)保持恒温恒压的条件,当装置a充入1molCO2、装置b充入2molCO2,在其他条件不变时,请在下图中分别画出平衡时CH3OCH3的体积分数随投料比[]变化的曲线图,请用a、b标注曲线
(3)在恒容密闭容器里按体积比为1:3充入二氧化碳和氢气,一定条件下反应达到平衡状态,当改变反应的某个条件后, 下列变化能说明平衡一定向逆反应方向移动的是
A.正反应速率先增大后逐渐减小 B.逆反应速率先增大后逐渐减小
C.化学平衡常数K值增大 D.反应物的体积百分含量增大
E.混合气体的密度减小 F.氢气的转化率减小
(4)在恒压、CO2和H2起始物质的量之比为1:3的条件下,CO2平衡转化率和平衡时二甲醚的选择性随温度的变化如图。
CH3OCH3的选择性=×100%
①CO2平衡转化率随温度升高显示如图所示变化的原因是
②关于合成二甲醚工艺的理解,下列说法正确的是
A.合成二甲醚的反应在A点和B点时的化学平衡常数K(A)小于K(B)
B.当温度、压强一定时,在原料气(CO2和H2的比例不变)中添加少量惰性气体,有利于提高平衡转化率
C.其他条件不变,在恒容条件下的二甲醚平衡选择性比恒压条件下的平衡选择性低
D.由图象可知,CO2加氢合成二甲醚应该选择具有良好的低温活性的催化剂
II.汽车尾气是城市空气污染的一个重要因素,常用以下反应净化汽车尾气:2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g)在某温度T1℃下,2 L密闭容器中充入NO、CO各0.8mol,测得不同时间的NO和CO物质的量如下表:
时间(s) | 0 | 2 | 4 | 6 | 8 | 10 |
n(NO)(mol) | 0.8 | 0.64 | 0.52 | 0.44 | 0.40 | 0.40 |
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解答题-原理综合题
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较难
(0.4)
解题方法
【推荐2】甲醇是重要的化工原料之一,也可用作燃料,利用合成气(主要成分为CO、和)可以合成甲醇,涉及的反应如下:
反应ⅰ:
反应ⅱ:
反应ⅲ:
请回答下列问题:
(1)在某催化剂作用下,反应ⅰ的反应历程如图所示(图中数据表示微粒数目以及微粒的相对总能量,*表示吸附在催化剂上)
①反应ⅰ的反应热为__________ 。
②反应ⅰ在__________ (填“较低”或“较高”)温度下才能自发进行。
③结合反应历程,写出反应ⅰ中生成甲醇的决速步骤的反应方程式:__________ 。
(2)反应ⅰ的Arrhenius经验公式(为活化能,k为速率常数,R和C均为常数,T为温度),实验数据如图中曲线M所示。当改变外界条件时,实验数据如图中曲线N所示,则实验可能改变的外界条件是__________ 。
(3)将一定量的和充入密闭容器中并加入合适的催化剂,只发生反应ⅱ和ⅲ。相同温度下,在不同压强下测得的平衡转化率、的选择性[%]和CO的选择性[%]随压强的变化曲线如图所示:
图中表示的平衡转化率的曲线是__________ (填“m”“n”或“p”),简述判断方法:__________ 。
(4)有研究认为,在某催化剂作用下反应ⅱ先后通过反应ⅲ、ⅰ来实现。保持温度T不变,向一恒容密闭容器中充入和,在该催化剂作用下发生反应,经达到平衡,测得的物质的量为,起始及达平衡时容器的总压强分别为、,则从开始到平衡用分压表示的平均反应速率为__________ (用含a的式子表示,下同,分压=总压×物质的量分数);反应ⅱ的压强平衡常数__________ (为用分压代替浓度计算的平衡常数)。
(5)光催化制甲醇技术也是研究热点。铜基纳米光催化材料还原的机理如图所示,光照时,低能导带失去电子并产生空穴(,具有强氧化性),电子跃迁至高能导带。在铜基助催化剂上发生的电极反应式为__________ 。
反应ⅰ:
反应ⅱ:
反应ⅲ:
请回答下列问题:
(1)在某催化剂作用下,反应ⅰ的反应历程如图所示(图中数据表示微粒数目以及微粒的相对总能量,*表示吸附在催化剂上)
①反应ⅰ的反应热为
②反应ⅰ在
③结合反应历程,写出反应ⅰ中生成甲醇的决速步骤的反应方程式:
(2)反应ⅰ的Arrhenius经验公式(为活化能,k为速率常数,R和C均为常数,T为温度),实验数据如图中曲线M所示。当改变外界条件时,实验数据如图中曲线N所示,则实验可能改变的外界条件是
(3)将一定量的和充入密闭容器中并加入合适的催化剂,只发生反应ⅱ和ⅲ。相同温度下,在不同压强下测得的平衡转化率、的选择性[%]和CO的选择性[%]随压强的变化曲线如图所示:
图中表示的平衡转化率的曲线是
(4)有研究认为,在某催化剂作用下反应ⅱ先后通过反应ⅲ、ⅰ来实现。保持温度T不变,向一恒容密闭容器中充入和,在该催化剂作用下发生反应,经达到平衡,测得的物质的量为,起始及达平衡时容器的总压强分别为、,则从开始到平衡用分压表示的平均反应速率为
(5)光催化制甲醇技术也是研究热点。铜基纳米光催化材料还原的机理如图所示,光照时,低能导带失去电子并产生空穴(,具有强氧化性),电子跃迁至高能导带。在铜基助催化剂上发生的电极反应式为
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【推荐3】氮氧化合物的处理对建设生态文明具有重要意义,可采用多种方法消除。
方法一:氢气还原法
(1)已知H2在催化剂Rh表面还原NO的部分反应机理如表:
①基元反应H2+Rh(s)+Rh(s)→H(s)+H(s)的焓变ΔH=_______ kJ/mol。
②低温时,使用催化剂Pt/Al-M-10-A,将H2和NO以物质的量比1:2充入恒温刚性容器中,发生反应H2(g)+2NO(g)⇌N2O(g)+H2O(g)。下列有关说法错误的是_______ 。
a.当混合气体的平均相对分子质量不再变化时说明反应处于平衡状态
b.任意时刻,2v正(NO)=v逆(H2O)
c.若向容器内充入少量O2,平衡不移动
d.平衡后,向容器中按照物质的量比1∶2再充入H2和NO,平衡向右移动
③将H2、NO、O2按体积比3∶2∶1充入恒温恒压(200℃、100kPa)容器中,发生反应:4H2(g)+2NO(g)+O2(g)⇌N2(g)+4H2O(g),平衡时,N2的体积分数为0.1。NO的平衡转化率为_______ ,平衡常数Kp=_______ (kPa)-2(以分压表示,分压=总压×物质的量分数)。
方法二:一氧化碳还原法
(2)将等物质的量的NO和CO分别充入盛有催化剂①和②的体积相同的刚性容器,进行反应2NO(g)+2CO(g)⇌N2(g)+2CO2(g) ∆H<0,经过相同时间测得NO的转化率如图所示,图中cd段转化率下降的可能原因有_______ 。
方法三:间接电化学法
(3)已知:H2S2O4是一种弱酸。利用下图装置可处理燃煤烟气中NO。
①阴极区的电极反应式为_______ 。
②通电时,当电路中转移0.2mole-,吸收的NO在标准状况下的体积为896mL。则NO转化后的产物为_______ 。
方法一:氢气还原法
(1)已知H2在催化剂Rh表面还原NO的部分反应机理如表:
基元反应 | 活化能Ea(kJ·mol-1) |
H2(g)+Rh(s)+Rh(s)→H(s)+H(s) | 12.6 |
N(s)+N(s)→N2(s)+Rh(s)+Rh(s) | 120.9 |
OH(s)+Rh(s)→H(s)+O(s) | 37.7 |
H(s)+H(s)→H2(g)+Rh(s)+Rh(s) | 77.8 |
NO(s)→NO(g)+Rh(s) | 108.9 |
①基元反应H2+Rh(s)+Rh(s)→H(s)+H(s)的焓变ΔH=
②低温时,使用催化剂Pt/Al-M-10-A,将H2和NO以物质的量比1:2充入恒温刚性容器中,发生反应H2(g)+2NO(g)⇌N2O(g)+H2O(g)。下列有关说法错误的是
a.当混合气体的平均相对分子质量不再变化时说明反应处于平衡状态
b.任意时刻,2v正(NO)=v逆(H2O)
c.若向容器内充入少量O2,平衡不移动
d.平衡后,向容器中按照物质的量比1∶2再充入H2和NO,平衡向右移动
③将H2、NO、O2按体积比3∶2∶1充入恒温恒压(200℃、100kPa)容器中,发生反应:4H2(g)+2NO(g)+O2(g)⇌N2(g)+4H2O(g),平衡时,N2的体积分数为0.1。NO的平衡转化率为
方法二:一氧化碳还原法
(2)将等物质的量的NO和CO分别充入盛有催化剂①和②的体积相同的刚性容器,进行反应2NO(g)+2CO(g)⇌N2(g)+2CO2(g) ∆H<0,经过相同时间测得NO的转化率如图所示,图中cd段转化率下降的可能原因有
方法三:间接电化学法
(3)已知:H2S2O4是一种弱酸。利用下图装置可处理燃煤烟气中NO。
①阴极区的电极反应式为
②通电时,当电路中转移0.2mole-,吸收的NO在标准状况下的体积为896mL。则NO转化后的产物为
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【推荐1】Ⅰ.铁触媒催化合成氨经历下图所示①至⑥步基元反应(从状态Ⅰ至状态Ⅶ):
上图中“ad”表示吸附在催化剂表面的物质。
回答下列问题:
(1)根据上图计算合成氨反应的焓变:N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=___________ 。
(2)上述反应的ΔS___ 0(填“>”“<”或“=”)。已知:反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的|ΔS|=199J/(mol·K),则下列温度中,合成氨反应能自发进行的是____ (填标号)。
A.25℃ B.125℃ C.225℃ D.325℃
Ⅱ.高锰酸钾是一种常用的消毒剂和氧化剂。回答下列问题:
实验(一):电解法制备KMnO4。
以石墨、铜为电极,电解K2MnO4溶液制备KMnO4溶液,装置如图所示。
(3)电解过程中,Cu极附近电解质溶液的pH______ (填“升高”“降低”或“不变”)。
(4)铜极、石墨极能否互换并简述理由:___________ 。
实验(二):探究K2FeO4和KMnO4氧化性强弱。装置如图所示。
关闭开关K,观察到左烧杯中紫红色溶液变为浅黄色,右烧杯中无色溶液变为紫红色。
(5)关闭K,盐桥中_______ (填离子符号)向左烧杯迁移。
(6)石墨极的电极反应式为_______ 。实验结论是氧化性:___ (填>”“<”或“=”)。
上图中“ad”表示吸附在催化剂表面的物质。
回答下列问题:
(1)根据上图计算合成氨反应的焓变:N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=
(2)上述反应的ΔS
A.25℃ B.125℃ C.225℃ D.325℃
Ⅱ.高锰酸钾是一种常用的消毒剂和氧化剂。回答下列问题:
实验(一):电解法制备KMnO4。
以石墨、铜为电极,电解K2MnO4溶液制备KMnO4溶液,装置如图所示。
(3)电解过程中,Cu极附近电解质溶液的pH
(4)铜极、石墨极能否互换并简述理由:
实验(二):探究K2FeO4和KMnO4氧化性强弱。装置如图所示。
关闭开关K,观察到左烧杯中紫红色溶液变为浅黄色,右烧杯中无色溶液变为紫红色。
(5)关闭K,盐桥中
(6)石墨极的电极反应式为
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解答题-工业流程题
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较难
(0.4)
名校
解题方法
【推荐2】海水的综合利用。海水的综合利用主要包括海水直接利用,海水淡化和海水中化学元素的利用三个方面。其中,海水中化学元素的利用是指从海水中提取钠、镁、氯、溴等元素。
(1)海水晒盐使用的盐田法,相当于化学中的___________ 操作。
(2)粗盐中存在Ca2+、Mg2+、SO等可溶性杂质离子,要除去这些离子加入沉淀剂的顺序正确的是___________。
①过量的Na2CO3溶液 ②过量的BaCl2溶液 ③过量的NaOH溶液
(3)某同学利用食盐进行化学实验,按照图1连接好线路发现灯泡不亮,按照图2连接好线路发现灯泡亮,由此得出的结论正确的是___________。
(4)电解熔融的无水氯化镁所得的镁蒸气在特定的环境中冷却后即为固体镁。下列物质中可以用作镁蒸气的冷却剂的是___________。
(5)过程b用于海水提溴。主要工业生产流程如下图所示。
吹出塔中通入热空气吹出Br2,利用了Br2的___________ ,吸收塔中吸收Br2,利用了Br2的___________ 。
A. 氧化性 B. 还原性 C. 挥发性 D. 易溶于水
(6)从海水中提取的粗盐精制后,通过电解饱和食盐水得到一系列化工产品。
①请写出电解饱和食盐水的化学方程式___________ 。
②检验阳极产物时可选用___________ 。
③实验测得产生的H2体积(标准状况下)为5.60mL,若电解后溶液的体积为50.00mL,则溶液中NaOH的物质的量浓度为___________ mol·L-1。
(7)实验室可以利用蒸馏的方法进行海水淡化,可选用如图装置完成。
该装置中有一处明显的错误是___________ 。
(1)海水晒盐使用的盐田法,相当于化学中的
(2)粗盐中存在Ca2+、Mg2+、SO等可溶性杂质离子,要除去这些离子加入沉淀剂的顺序正确的是___________。
①过量的Na2CO3溶液 ②过量的BaCl2溶液 ③过量的NaOH溶液
A.①②③ | B.①③② | C.②①③ | D.③①② |
A.NaCl固体不导电,不是电解质 |
B.电解质本身不一定能导电 |
C.图2中水是电解质,电离产生大量的H+和OH- |
D.图2中NaCl在电流作用下电离出了大量自由移动的离子 |
A.Ar | B.CO2 | C.N2 | D.O2 |
吹出塔中通入热空气吹出Br2,利用了Br2的
A. 氧化性 B. 还原性 C. 挥发性 D. 易溶于水
(6)从海水中提取的粗盐精制后,通过电解饱和食盐水得到一系列化工产品。
①请写出电解饱和食盐水的化学方程式
②检验阳极产物时可选用
③实验测得产生的H2体积(标准状况下)为5.60mL,若电解后溶液的体积为50.00mL,则溶液中NaOH的物质的量浓度为
(7)实验室可以利用蒸馏的方法进行海水淡化,可选用如图装置完成。
该装置中有一处明显的错误是
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解答题-工业流程题
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较难
(0.4)
解题方法
【推荐3】以炼锌烟尘(主要成分为ZnO,含少量CuO和FeO)为原料,可以制取氧化锌和金属锌。
Ⅰ.制取氧化锌主要工艺如下:
下表列出了相关金属离子生成氢氧化物沉淀的pH(开始沉淀的pH按金属离子浓度为l.0mol/L计算)。
(1)为了加快反应,“酸溶”需要适当加热,但温度不宜太高,原因是_________ 。
(2)加入H2O2溶液发生反应的离子方程式_______ 。
(3)流程图中,为了降低溶液的酸度,调节pH范围为_______ ;若试剂X为Zn2(OH)2CO3,加入X除杂质的离子方程式为________ 。
(4)已知,室温下,Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10-38,当pH=3时,溶液中c(Fe3+)为______ ,从ZnCl2溶液中提取无水ZnCl2的方法是__________ 。
Ⅱ.制取金属锌采用碱溶解ZnO(s)+2NaOH (aq)+H2O=Na2[Zn(OH)4](aq),然后电解浸取液。
(5)炼锌烟尘采用碱溶,而不采用酸溶后电解,主要原因是______ 。
(6)以石墨作电极电解时,阳极产生的气体为______ ;阴极的电极反应为______ 。
Ⅰ.制取氧化锌主要工艺如下:
下表列出了相关金属离子生成氢氧化物沉淀的pH(开始沉淀的pH按金属离子浓度为l.0mol/L计算)。
金属离子 | 开始沉淀的pH | 沉淀完全的pH |
Fe3+ | 1.1 | 3.2 |
Zn2+ | 5.2 | 6.4 |
Fe2+ | 5.8 | 8.8 |
(1)为了加快反应,“酸溶”需要适当加热,但温度不宜太高,原因是
(2)加入H2O2溶液发生反应的离子方程式
(3)流程图中,为了降低溶液的酸度,调节pH范围为
(4)已知,室温下,Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10-38,当pH=3时,溶液中c(Fe3+)为
Ⅱ.制取金属锌采用碱溶解ZnO(s)+2NaOH (aq)+H2O=Na2[Zn(OH)4](aq),然后电解浸取液。
(5)炼锌烟尘采用碱溶,而不采用酸溶后电解,主要原因是
(6)以石墨作电极电解时,阳极产生的气体为
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