研究CO2合成CH3OH对资源综合利用有重要意义。涉及的主要反应如下,请回答:
I.CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ∆H1=—49kJ·mol-1
II.CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ∆H2=+41kJ·mol-1
(1)CO2加氢制甲醇可在Cu—ZnO—ZrO2催化剂表面进行,其主反应历程如图1所示(催化剂表面吸附的物种用*标注),下列说法不正确的是_______ 。
A.若该方法实现工业生产,气体以一定流速通过Cu—ZnO—ZrO2,催化剂对反应物的转化率无影响
B.H2在催化剂表面的吸附过程放热,有利于H—H键的断裂,从而降低反应活化能
C.反应②中,断裂和形成的共价键至少有3种
D.水的吸附和解吸在整个反应过程中实现了循环利用,原子利用率为100%
(2)CO2和H2按物质的量1:3投料,总物质的量为amol,在有催化剂的密闭容器中进行反应,测得CO2平衡转化率、CH3OH和CO选择性(转化的CO2中生成CH3OH或CO的百分比)随温度、压强变化情况分别如下图2、图3所示:
①下列说法正确的是_______ 。
A.升温,反应II的平衡正向移动
B.加压,反应I的平衡正向移动,平衡常数增大
C.及时分离出甲醇和水,循环使用H2和CO2,可提高原料利用率
D.升温,使反应I的CH3OH选择性降低;加压,对反应II的CO选择性无影响
②250°C时,在体积为VL的容器中,反应I和II达到化学平衡,CO2转化率为25%,CH3OH和CO选择性均为50%,则该温度下反应II的平衡常数为____ 。
③如图2,240°C以上,随着温度升高,CO2的平衡转化率升高,而CH3OH的选择性降低,分析其原因:___ 。
④如图3,压强大小关系:P1___ P3(填:>、<或=);温度T1时,三条曲线几乎交于一点,分析其原因____ 。
I.CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ∆H1=—49kJ·mol-1
II.CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ∆H2=+41kJ·mol-1
(1)CO2加氢制甲醇可在Cu—ZnO—ZrO2催化剂表面进行,其主反应历程如图1所示(催化剂表面吸附的物种用*标注),下列说法不正确的是
A.若该方法实现工业生产,气体以一定流速通过Cu—ZnO—ZrO2,催化剂对反应物的转化率无影响
B.H2在催化剂表面的吸附过程放热,有利于H—H键的断裂,从而降低反应活化能
C.反应②中,断裂和形成的共价键至少有3种
D.水的吸附和解吸在整个反应过程中实现了循环利用,原子利用率为100%
(2)CO2和H2按物质的量1:3投料,总物质的量为amol,在有催化剂的密闭容器中进行反应,测得CO2平衡转化率、CH3OH和CO选择性(转化的CO2中生成CH3OH或CO的百分比)随温度、压强变化情况分别如下图2、图3所示:
①下列说法正确的是
A.升温,反应II的平衡正向移动
B.加压,反应I的平衡正向移动,平衡常数增大
C.及时分离出甲醇和水,循环使用H2和CO2,可提高原料利用率
D.升温,使反应I的CH3OH选择性降低;加压,对反应II的CO选择性无影响
②250°C时,在体积为VL的容器中,反应I和II达到化学平衡,CO2转化率为25%,CH3OH和CO选择性均为50%,则该温度下反应II的平衡常数为
③如图2,240°C以上,随着温度升高,CO2的平衡转化率升高,而CH3OH的选择性降低,分析其原因:
④如图3,压强大小关系:P1
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更新时间:2021-06-02 22:02:54
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(0.4)
名校
【推荐1】我国正式公布实现碳达峰、碳中和的时间和目标后,使含碳化合物的综合利用更受关注和重视。回答下列问题:
(1)一定条件下,Pd-Mg/SiO2催化剂可使CO2甲烷化从而变 废为宝,其反应机理如图所示,该反应的化学方程式为_______ ,反应过程中碳元素的化合价为-2价的中间体是_______ 。
(2)二氧化碳与氢气重整体系中涉及的主要反应如下:
Ⅰ.CO2 (g)+4H2 (g) CH4 (g)+2H2O(g) ΔH=-165kJ·mol-1
Ⅱ.CO2 (g)+H2 (g) CO(g)+H2O(g) ΔH=+41kJ·mol-1
①二氧化碳与甲烷反应生成一氧化碳和氢气的热化学方程式为_______ ;恒温恒容密闭容器中进行该反应,下列事实能说明反应达到平衡状态的是_______ (填选 项字母)。
A.CO2与CH4的有效碰撞几率不变 B.相同时间内形成C-H键和 H-H 键的数目相等
C.混合气体的密度不再改变 D.氢原子数不再改变
②一定温度下,向10L恒容密闭容器中充入1mol CO2和1mol H2,发生反应Ⅰ和反应Ⅱ,5min末达到平衡时测得CO2的转化率为50%,CH4与CO 的分压之比为1∶4,H2O(g)的分压为p0.则0~5min内,平均反应速率v(H2)=_______ mol·L-1·min-1;反应Ⅱ的平衡常数Kp=_______ (Kp是用分压表示的平衡常数)。
③向恒容密闭容器中以物质的量之比为1∶4充入CO2和H2,发生反应Ⅰ和反应Ⅱ,实验测得平衡体系中各组分的体积分数与温度的关系如图所示。其中表示H2的体积分数与温度关系的曲线为_______ (填“L1”“L2”或“L3”);T1℃之后,H2O(g)平衡体积分数随温度的变化程度小于CH4平衡体积分数随温度的变化程度,原因为_______ ; T1℃时CO 的平衡分压_______ (填“>”“<”或“=”) T2℃时 CO的平衡分压,理由为_______ 。
(1)一定条件下,Pd-Mg/SiO2催化剂可使CO2甲烷化从而变 废为宝,其反应机理如图所示,该反应的化学方程式为
(2)二氧化碳与氢气重整体系中涉及的主要反应如下:
Ⅰ.CO2 (g)+4H2 (g) CH4 (g)+2H2O(g) ΔH=-165kJ·mol-1
Ⅱ.CO2 (g)+H2 (g) CO(g)+H2O(g) ΔH=+41kJ·mol-1
①二氧化碳与甲烷反应生成一氧化碳和氢气的热化学方程式为
A.CO2与CH4的有效碰撞几率不变 B.相同时间内形成C-H键和 H-H 键的数目相等
C.混合气体的密度不再改变 D.氢原子数不再改变
②一定温度下,向10L恒容密闭容器中充入1mol CO2和1mol H2,发生反应Ⅰ和反应Ⅱ,5min末达到平衡时测得CO2的转化率为50%,CH4与CO 的分压之比为1∶4,H2O(g)的分压为p0.则0~5min内,平均反应速率v(H2)=
③向恒容密闭容器中以物质的量之比为1∶4充入CO2和H2,发生反应Ⅰ和反应Ⅱ,实验测得平衡体系中各组分的体积分数与温度的关系如图所示。其中表示H2的体积分数与温度关系的曲线为
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【推荐2】NO的治理是当前生态环境保护中的重要课题之一。
I.电化学技术
(1)利用固体氧化物电解池可将NO直接转化为N2,实际应用中常将若干个电化学还原器结构单元组装在一起,形成电堆,以提高NO的去除效率。
①纽扣式电化学还原器结构单元(其装置如图1所示)可叠加组装成电堆使用。电解时,阴极发生的电极反应式为_______ 。
②长管式电化学还原器结构单元(其剖面结构如图2所示)采用阴极微孔管作支撑,在管内外壁各设置一个对称的阳极微孔管,阴阳极管壁之间填充有固体氧化物电解质,使用时常将该结构单元组装成蜂窝状电堆。当电堆体积一定时,相比于纽扣式反应器,长管式反应器的优点是_______ 。
II.NH3-SCR技术
(2)Cu基催化剂是NH3-SCR技术脱除NO中性能较为优异的新型催化剂,但烟气中的SO2会造成Cu基催化剂的催化性能下降。加入CeO2(基态Ce原子核外电子排布式为[Xe]4f15d16s2)可抑制SO2对Cu基催化剂的影响,其作用机理如图3所示(含Ce化合物的比例系数均未标定)。
①从整个反应机理来看,总反应中起还原作用的物质是_______ (填化学式)。
②在上述反应机理图中,CemOn的化学式为_______ 。
(3)将3%NO、6%NH3、21%O2和70%N2的混合气体(N2为平衡气)以一定流速通过装有Cu基催化剂的反应器,NO去除率随反应温度的变化曲线如图4所示。
①在150-225°C范围内,NO去除率随温度的升高而迅速上升的原因是_______ 。
②燃煤烟气中伴有一定浓度的HCl气体,它会造成NO去除率下降,其原因可能是_______ 。
I.电化学技术
(1)利用固体氧化物电解池可将NO直接转化为N2,实际应用中常将若干个电化学还原器结构单元组装在一起,形成电堆,以提高NO的去除效率。
①纽扣式电化学还原器结构单元(其装置如图1所示)可叠加组装成电堆使用。电解时,阴极发生的电极反应式为
②长管式电化学还原器结构单元(其剖面结构如图2所示)采用阴极微孔管作支撑,在管内外壁各设置一个对称的阳极微孔管,阴阳极管壁之间填充有固体氧化物电解质,使用时常将该结构单元组装成蜂窝状电堆。当电堆体积一定时,相比于纽扣式反应器,长管式反应器的优点是
II.NH3-SCR技术
(2)Cu基催化剂是NH3-SCR技术脱除NO中性能较为优异的新型催化剂,但烟气中的SO2会造成Cu基催化剂的催化性能下降。加入CeO2(基态Ce原子核外电子排布式为[Xe]4f15d16s2)可抑制SO2对Cu基催化剂的影响,其作用机理如图3所示(含Ce化合物的比例系数均未标定)。
①从整个反应机理来看,总反应中起还原作用的物质是
②在上述反应机理图中,CemOn的化学式为
(3)将3%NO、6%NH3、21%O2和70%N2的混合气体(N2为平衡气)以一定流速通过装有Cu基催化剂的反应器,NO去除率随反应温度的变化曲线如图4所示。
①在150-225°C范围内,NO去除率随温度的升高而迅速上升的原因是
②燃煤烟气中伴有一定浓度的HCl气体,它会造成NO去除率下降,其原因可能是
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(0.4)
【推荐3】乙烯合成的发展体现了化学科学与技术的不断进步。
(1)用烃类热裂解法制乙烯是乙烯工业化生产的开端。
①乙烷高温裂解制备乙烯(反应Ⅰ)的化学方程式是______ 。
②在裂解过程中伴随反应Ⅱ:,在高温下缩短在反应器中的停留时间可提高乙烯的获取率,由此判断反应速率:反应Ⅰ______ 反应Ⅱ。(填“>”“<”或“=”)
(2)乙炔选择性加氢制乙烯是石油化工领域重要的发展阶段。
以钯(Pd)为催化剂可有效提高乙烯产率,在催化剂表面的反应机理如下图所示(吸附在催化剂表面的粒子用*标注)。①下列说法正确的是______ 。
a.NP-Pd催化反应过程中步骤Ⅰ为放热反应
b.ISA-Pd催化反应过程中步骤Ⅱ为决速步骤
c.两种催化剂均能降低总反应的反应热
②吸附态乙烯()脱离催化剂表面,可得到,如未及时脱附,易在催化剂表面继续氢化经过渡态Ⅲ后而形成乙烷。制选择性较好的催化剂是______ 。
(3)以为原料用不同的方法制乙烯有助于实现碳中和。
I.干气重整制乙烯。下图是2种投料比[,分别为1:1、2:1]下,反应温度对平衡转化率影响的曲线。①曲线b对应的投料比是______ 。
②当曲线a、b对应的投料比达到相同的平衡转化率时,对应的反应温度与投料比的关系是______ 。
Ⅱ.双金属串联催化剂电催化制乙烯,装置示意图如图所示。
已知:法拉第效率③ISA-Ni催化剂上发生的电极反应式是______ 。
④该环境下,测得可达50%,若电路中通过1.2mol电子时,则产生乙烯的物质的量是______ mol。
(1)用烃类热裂解法制乙烯是乙烯工业化生产的开端。
①乙烷高温裂解制备乙烯(反应Ⅰ)的化学方程式是
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(2)乙炔选择性加氢制乙烯是石油化工领域重要的发展阶段。
以钯(Pd)为催化剂可有效提高乙烯产率,在催化剂表面的反应机理如下图所示(吸附在催化剂表面的粒子用*标注)。①下列说法正确的是
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b.ISA-Pd催化反应过程中步骤Ⅱ为决速步骤
c.两种催化剂均能降低总反应的反应热
②吸附态乙烯()脱离催化剂表面,可得到,如未及时脱附,易在催化剂表面继续氢化经过渡态Ⅲ后而形成乙烷。制选择性较好的催化剂是
(3)以为原料用不同的方法制乙烯有助于实现碳中和。
I.干气重整制乙烯。下图是2种投料比[,分别为1:1、2:1]下,反应温度对平衡转化率影响的曲线。①曲线b对应的投料比是
②当曲线a、b对应的投料比达到相同的平衡转化率时,对应的反应温度与投料比的关系是
Ⅱ.双金属串联催化剂电催化制乙烯,装置示意图如图所示。
已知:法拉第效率③ISA-Ni催化剂上发生的电极反应式是
④该环境下,测得可达50%,若电路中通过1.2mol电子时,则产生乙烯的物质的量是
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(0.4)
名校
【推荐1】氢气在富氧条件下催化还原NOx(H2-SCR)反应在低温时仍具有高活性和选择性,近年来一直备受研究学者关注。回答下列问题:
(1)已知催化剂铑(Rh)表面H2催化还原NO的部分反应机理如下表所示,其他条件一定时,决定H2催化还原NO反应速率的基元反应为_______ ,基元反应:H2+Rh(s)+Rh(s)=H(s)+H(s)的焓变ΔH=_______ kJ/mol。
(2)浸渍法合成的Pt/Al-M-10-A催化剂对H2还原NO反应的响应如图所示,由图可知该催化剂对化学反应具有_______ ,该性质受_______ 的影响。
(3)1093 K时,NO与H2以物质的量之比2:1混合,置于某恒容密闭容器中,发生化学反应:2NO(g)+H2(g) N2O(g)+H2O(g),以下物理量不再发生变化时,能说明反应达平衡的是_______(填字母代号)。
(4)将H2、NO、O2按体积比3:2:1充入恒温恒压(200℃、100 kPa)容器中,发生反应:4H2(g)+2NO(g)+O2(g) N2(g)+4H2O(g),达平衡时,N2的体积分数为0.1。
①平衡时,NO的转化率为_______ 。平衡常数Kp=_______ (kPa)-2(以分压表示,分压=总压×物质的量分数)。
②已知该反应ΔH<0。初始温度、压强和反应物的用量均相同。下列四种容器中NO的转化率最高的是_______ (填字母代号)。
A.恒温恒容容器 B.恒温恒压容器 C.恒容绝热容器 D.恒压绝热容器
(1)已知催化剂铑(Rh)表面H2催化还原NO的部分反应机理如下表所示,其他条件一定时,决定H2催化还原NO反应速率的基元反应为
基元反应 | 活化能Ea(kJ/mol) |
H2+Rh(s)+Rh(s)=H(s)+H(s) | 12.6 |
NO(s)+Rh(s)=N(s)+O(s) | 97.5 |
N(s)+N(s)=N2+Rh(s)+Rh(s) | 120.9 |
H(s)+O(s)=OH(s)+Rh(s) | 83.7 |
OH(s)+H(s)=H2O(s)+Rh(s) | 33.5 |
H(s)+H(s)=H2+Rh(s)+Rh(s) | 77.8 |
NO(s)=NO+Rh(s) | 108.9 |
(3)1093 K时,NO与H2以物质的量之比2:1混合,置于某恒容密闭容器中,发生化学反应:2NO(g)+H2(g) N2O(g)+H2O(g),以下物理量不再发生变化时,能说明反应达平衡的是_______(填字母代号)。
A.NO的转化率 | B.混合气体的密度 | C.该反应的浓度商QC | D.v(NO)=2v(H2) |
①平衡时,NO的转化率为
②已知该反应ΔH<0。初始温度、压强和反应物的用量均相同。下列四种容器中NO的转化率最高的是
A.恒温恒容容器 B.恒温恒压容器 C.恒容绝热容器 D.恒压绝热容器
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(0.4)
解题方法
【推荐2】(1)将新制氯水逐滴滴入FeBr2溶液中,写出最初发生的反应的离子方程式,并标出电子转移的方向和数目。___ 。
(2)在硫酸铝铵(NH4Al(SO4)2)溶液中滴加少量Ba(OH)2溶液并不断搅拌。用一个离子方程式表示最初发生的反应。___ 。
(3)石油气“芳构化”是由石油气生产高辛烷值汽油的一种有效生产工艺。测得反应2C4H10C8H10(g)+5H2在不同温度下的平衡常数变化如下:
①该反应的正反应是____ (吸热、放热)反应。
②向2L密闭定容容器中充入2molC4H10,反应10s后测得H2浓度为1mol/L,此10s内,以C8H10表示的平均速率为___ 。
③能表示该反应在恒温恒容密闭容器中t1时刻后已经达平衡状态的图示是___ 。
a. b. c. d.
④如图表示某温度时将一定量的C4H10(含少量H2)充入容器中反应期间物质浓度随时间的变化(容器容积可变),实线代表C8H10,虚线代表C4H10。请用实线补充画出t1~t4间C8H10的浓度变化曲线___ 。
(2)在硫酸铝铵(NH4Al(SO4)2)溶液中滴加少量Ba(OH)2溶液并不断搅拌。用一个离子方程式表示最初发生的反应。
(3)石油气“芳构化”是由石油气生产高辛烷值汽油的一种有效生产工艺。测得反应2C4H10C8H10(g)+5H2在不同温度下的平衡常数变化如下:
温度(℃) | 400 | 450 | 500 |
平衡常数K | a | 6a | 40a |
②向2L密闭定容容器中充入2molC4H10,反应10s后测得H2浓度为1mol/L,此10s内,以C8H10表示的平均速率为
③能表示该反应在恒温恒容密闭容器中t1时刻后已经达平衡状态的图示是
a. b. c. d.
④如图表示某温度时将一定量的C4H10(含少量H2)充入容器中反应期间物质浓度随时间的变化(容器容积可变),实线代表C8H10,虚线代表C4H10。请用实线补充画出t1~t4间C8H10的浓度变化曲线
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(0.4)
解题方法
【推荐3】(一)乙炔是一种重要的化工原料,最新研制出的由裂解气(H2、CH4、C2H4)与煤粉在催化剂条件下制乙炔,该生产过程是目前清洁高效的煤化工过程。已知:发生的部分反应如下(在25℃、 101 kPa时),CH4、C2H4 在高温条件还会分解生成炭与氢气:
①C (s) +2H2(g)CH4(g) △H1=-74.85kJ•mol-1
②2CH4(g)C2H4(g) +2H2(g) △H2=340.93kJ•mol-1
③C2H4(g)C2H2(g) +H2(g) △H3=35.50kJ•mol-1
请回答:
(1)依据上述反应, 请写出 C 与 H2化合生成 C2H2 的热化学方程式:______________ 。
(2)若以乙烯和氢气的混合气体以一定流速通过填充有催化剂的反应器(氢气的作用是活化催化剂),出口气中含有乙烯、乙炔、氢气等。图1 为乙炔产率与进料气中 n(氢气)/n(乙烯)的关系。图中曲线呈现先升高后降低的变化趋势,其降低的原因是______________ 。
(3)图 2 为上述诸反应达到平衡时各气体体积分数和反应温度的关系曲线。
①乙炔体积分数在1530℃之前随温度升高而增大的原因可能是_______________ ;1530℃之后,乙炔体积分数增加不明显的主要原因可能是_______________ 。
②在体积为1L的密闭容器中反应,1530℃时测得气体的总物质的量为1.000 mol,则反应C2H4(g)C2H2(g) +H2(g) 的平衡常数 K=_______________ 。
③请在图3中绘制乙烯的体积分数和反应温度的关系曲线__________ 。
(二)当今,人们正在研究有机锂电解质体系的锂-空气电池,它是一种环境友好的蓄电池。放电时电池的总反应为:4Li+O2=2Li2O。在充电时,阳极区发生的过程比较复杂,目前普遍认可的是按两步进行,请补充完整。电极反应式:________________________ 和 Li2O2-2e-=2Li++O2。
①C (s) +2H2(g)CH4(g) △H1=-74.85kJ•mol-1
②2CH4(g)C2H4(g) +2H2(g) △H2=340.93kJ•mol-1
③C2H4(g)C2H2(g) +H2(g) △H3=35.50kJ•mol-1
请回答:
(1)依据上述反应, 请写出 C 与 H2化合生成 C2H2 的热化学方程式:
(2)若以乙烯和氢气的混合气体以一定流速通过填充有催化剂的反应器(氢气的作用是活化催化剂),出口气中含有乙烯、乙炔、氢气等。图1 为乙炔产率与进料气中 n(氢气)/n(乙烯)的关系。图中曲线呈现先升高后降低的变化趋势,其降低的原因是
(3)图 2 为上述诸反应达到平衡时各气体体积分数和反应温度的关系曲线。
①乙炔体积分数在1530℃之前随温度升高而增大的原因可能是
②在体积为1L的密闭容器中反应,1530℃时测得气体的总物质的量为1.000 mol,则反应C2H4(g)C2H2(g) +H2(g) 的平衡常数 K=
③请在图3中绘制乙烯的体积分数和反应温度的关系曲线
(二)当今,人们正在研究有机锂电解质体系的锂-空气电池,它是一种环境友好的蓄电池。放电时电池的总反应为:4Li+O2=2Li2O。在充电时,阳极区发生的过程比较复杂,目前普遍认可的是按两步进行,请补充完整。电极反应式:
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(0.4)
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解题方法
【推荐1】处理、回收利用、是环境科学研究的热点课题。在催化剂的作用下,可利用与氢气化合制备甲醇,发生的反应主要如下:
①
②
③
根据所学智识,回答下列问题:
(1)则__________ ,反应③在_________ (填“高温”、低温”或“任意温度”)下能自发进行。
(2)工业上用生产甲醇的反应为。下列图像错误的是_______(填标号)
(3)能说明反应已达平衡状态的是__________ (填标号)。
a.单位时间内生成的同时消耗了
b.在恒温恒容的容器中,混合气体的密度保持不变
c.在恒温恒压的容器中,气体的平均摩尔质量不再变化
(4)的催化转化中,使用不同的催化剂可改变目标产物的选择性.在不同压强下,按照投料合成甲醇[其副反应为],实验测定的平衡转化率和的平衡产率随温度的变化关系如图所示。其中表示的平衡转化率变化情况的是__________ (填“图甲”或“图乙”),图乙中压强一定时,曲线随温度变化先降后升的原因为_____________ ;实际生产中,为提高的转化率,减少的体积分数,可采取的措施有_______________ 。
(5)恒温下,向恒容密闭容器中加入和,在催化剂作用下发生反应③制备甲醇,同时有副产物生成,后容器内总压强不再变化,容器中的物质的量为,的物质的量为,内的平均反应速率____________ ;反应③的平衡常数____________ (用含字母的代数式表示,已知是用反应体系中气体物质的分压来表示的平衡常数,即将K表达式中的平衡浓度用平衡分压代替,某气体分压=气体总压强×该气体的物质的量分数)。
①
②
③
根据所学智识,回答下列问题:
(1)则
(2)工业上用生产甲醇的反应为。下列图像错误的是_______(填标号)
A. | B. |
C. | D. |
a.单位时间内生成的同时消耗了
b.在恒温恒容的容器中,混合气体的密度保持不变
c.在恒温恒压的容器中,气体的平均摩尔质量不再变化
(4)的催化转化中,使用不同的催化剂可改变目标产物的选择性.在不同压强下,按照投料合成甲醇[其副反应为],实验测定的平衡转化率和的平衡产率随温度的变化关系如图所示。其中表示的平衡转化率变化情况的是
(5)恒温下,向恒容密闭容器中加入和,在催化剂作用下发生反应③制备甲醇,同时有副产物生成,后容器内总压强不再变化,容器中的物质的量为,的物质的量为,内的平均反应速率
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(0.4)
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解题方法
【推荐2】氯乙烯是制备塑料的重要中间体,可通过乙炔选择性催化加氢制备。已知:
Ⅰ.
Ⅱ.
Ⅲ.
Ⅳ.部分化学键的键能如表所示。
回答下列问题:
(1)表中x=______ 。
(2)较低温度下乙炔选择性催化加氢过程只发生反应Ⅰ和Ⅱ。一定温度下,向盛放催化剂的恒容密闭容器中以物质的量之比为充入和,发生反应Ⅰ和Ⅱ。实验测得反应前容器内压强为,10min达到平衡时、HCl(g)的分压分别为、。
①内,反应的平均速率______ (用分压表示,下同)。
②的平衡转化率为______ 。
③反应Ⅰ的平衡常数______ 。
(3)高温度下,会发生反应Ⅲ而形成积碳,其可能导致的后果为______ (答出一点即可);不同压强下,向盛放催化剂的密闭容器中以物质的量之比为充入和HCl(g)发生反应,实验测得乙炔的平衡转化率与温度的关系如图1所示。、、由大到小的顺序为______ ;随温度升高,三条曲线逐渐趋于重合的原因为______ 。
(4)结合试验和计算机模拟结果,有学者提出乙炔选择性催化加氢的反应历程,如图2所示,其中吸附在催化剂表面的物种用“*”标注,TS表示过渡态。下列说法正确的是______ (填选项字母)。
A.该历程中的最大能垒为
B.存在非极性键断裂和极性键形成
C.选择不同催化剂,最大能垒不发生变化
Ⅰ.
Ⅱ.
Ⅲ.
Ⅳ.部分化学键的键能如表所示。
化学键 | |||||
键能 | 347.7 | x | 413.4 | 340.2 | 431.8 |
(1)表中x=
(2)较低温度下乙炔选择性催化加氢过程只发生反应Ⅰ和Ⅱ。一定温度下,向盛放催化剂的恒容密闭容器中以物质的量之比为充入和,发生反应Ⅰ和Ⅱ。实验测得反应前容器内压强为,10min达到平衡时、HCl(g)的分压分别为、。
①内,反应的平均速率
②的平衡转化率为
③反应Ⅰ的平衡常数
(3)高温度下,会发生反应Ⅲ而形成积碳,其可能导致的后果为
(4)结合试验和计算机模拟结果,有学者提出乙炔选择性催化加氢的反应历程,如图2所示,其中吸附在催化剂表面的物种用“*”标注,TS表示过渡态。下列说法正确的是
A.该历程中的最大能垒为
B.存在非极性键断裂和极性键形成
C.选择不同催化剂,最大能垒不发生变化
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【推荐3】捕集技术能有效解决温室效应及能源短缺问题。
(1)催化加氢制的反应体系中,发生的反应如下:
反应Ⅰ:
反应Ⅱ:
反应Ⅲ:
将与按照一定流速通过催化剂反应,测得的转化率与产物的选择性[选择性]随温度变化如图所示:
①_______ (用含、的式子表示)。
②340℃时,原料气按相同流速通过催化剂反应,出口处测得气体中_______ 。
(2)电催化还原生成含碳产物(如CO、等)原理如图所示:
①若阴极产物为,则该电极反应式为_______ 。
②在25℃下将的氨水与的盐酸等体积混合,反应平衡时溶液中,则溶液显_______ (填酸、碱或中)性;用含a的代数式表示的电离常数_______ 。
③现有含有和的混合溶液,若溶液中,加入碳酸钠调节溶液的pH为_______ 可使恰好沉淀完全(离子浓度),此时_______ (填“有”或“无”)沉淀生成。(假设溶液体积不变,;,)
(3)已知和的溶度积常数分别为和,在浓度均为0.10mol/L的和的混合溶液中加入HF,当离子开始沉淀时,溶液中的浓度为_______ (保留两位有效数字)。
(4)生成沉淀是利用反应,常温下,该反应平衡常数,的平衡常数,则_______ 。
(1)催化加氢制的反应体系中,发生的反应如下:
反应Ⅰ:
反应Ⅱ:
反应Ⅲ:
将与按照一定流速通过催化剂反应,测得的转化率与产物的选择性[选择性]随温度变化如图所示:
①
②340℃时,原料气按相同流速通过催化剂反应,出口处测得气体中
(2)电催化还原生成含碳产物(如CO、等)原理如图所示:
①若阴极产物为,则该电极反应式为
②在25℃下将的氨水与的盐酸等体积混合,反应平衡时溶液中,则溶液显
③现有含有和的混合溶液,若溶液中,加入碳酸钠调节溶液的pH为
(3)已知和的溶度积常数分别为和,在浓度均为0.10mol/L的和的混合溶液中加入HF,当离子开始沉淀时,溶液中的浓度为
(4)生成沉淀是利用反应,常温下,该反应平衡常数,的平衡常数,则
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解答题-原理综合题
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(0.4)
解题方法
【推荐1】氮氧化物(NOx)、SO2和CO2等气体会造成环境问题。对燃煤废气进行化学方法处理,可实现绿色环保、节能减排、废物利用等目的。
(1)利用甲烷催化还原NOx:
CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH1=-572 kJ·mol-1
CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH2=-1160 kJ·mol-1
写出甲烷将NO2还原为N2并生成气态水时的热化学方程式________ 。
(2)工业上利用CO2生成甲醇燃料,反应为:
CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ΔH=-49.0 kJ·mol-1
将6 mol CO2和8 mol H2充入容器为2 L的密闭容器中,恒温下,H2的物质的量随时间变化如图1实线所示(图中字母后的数字表示对应坐标)。
①该反应在0 min~8 min内CO2的平均反应速率为________ 。
②仅改变某一条件再进行实验,测得H2物质的量变化如图1虚线所示。与实线相比,曲线Ⅰ改变的条件可能是________ ,曲线Ⅱ改变的条件可能是________ 。
(3)反应:CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) ΔH=-129.0 kJ/mol可用于合成甲醇。按照相同的物质的量投料,测得CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如图2所示。下列说法正确的是________ (填字母)
A.温度:T1>T2>T3
B.正反应速率:ν(a)>ν(c)、 ν(b)>ν(d)
C.平衡常数:K(a)>K(c)、 K(b)=K(d)
D.平均摩尔质量:M(a)>M(c)、M(b)>M(d)
(4)常温下,Ksp(BaCO3)=2.5×10-9,Ksp(BaSO4)=1.0×10-10,控制条件可实现如下沉淀转换:BaSO4(s)+CO32-(aq) BaCO3(s)+SO42-(aq)该反应平衡常数K的表达式为:K=________ ,欲用1 L Na2CO3溶液将0.01 mol BaSO4全部转化为BaCO3,则Na2CO3溶液的最初浓度应不低于________ 。
(1)利用甲烷催化还原NOx:
CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH1=-572 kJ·mol-1
CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH2=-1160 kJ·mol-1
写出甲烷将NO2还原为N2并生成气态水时的热化学方程式
(2)工业上利用CO2生成甲醇燃料,反应为:
CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ΔH=-49.0 kJ·mol-1
将6 mol CO2和8 mol H2充入容器为2 L的密闭容器中,恒温下,H2的物质的量随时间变化如图1实线所示(图中字母后的数字表示对应坐标)。
①该反应在0 min~8 min内CO2的平均反应速率为
②仅改变某一条件再进行实验,测得H2物质的量变化如图1虚线所示。与实线相比,曲线Ⅰ改变的条件可能是
(3)反应:CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) ΔH=-129.0 kJ/mol可用于合成甲醇。按照相同的物质的量投料,测得CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如图2所示。下列说法正确的是
A.温度:T1>T2>T3
B.正反应速率:ν(a)>ν(c)、 ν(b)>ν(d)
C.平衡常数:K(a)>K(c)、 K(b)=K(d)
D.平均摩尔质量:M(a)>M(c)、M(b)>M(d)
(4)常温下,Ksp(BaCO3)=2.5×10-9,Ksp(BaSO4)=1.0×10-10,控制条件可实现如下沉淀转换:BaSO4(s)+CO32-(aq) BaCO3(s)+SO42-(aq)该反应平衡常数K的表达式为:K=
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(0.4)
【推荐2】氮氧化物是形成光化学烟雾和酸雨的重要原因。人们研究了诸多有关氮氧化物的性质,请回答下列问题:
(1)处理NOx的一种方法是利用甲烷催化还原NOx。
K1、K2、K3依次为三个反应的平衡常数,则K3=_____________ (用K1、K2表示)
(2)在恒容密闭容器中通入等物质的量的CO和NO,在一定条件下发生反应:,测得NO的平衡转化率与温度及压强的关系如图所示:①则该反应的________ 0(填“<”“>”或“=”)。
②对于气相反应,用某组分(B)的平衡分压强p(B)代替物质的量浓度c(B)也可表示平衡常数Kp,则该反应的平衡常数表达式Kp=________ ,如果,求a点的平衡常数Kp=______ (结果保留3位有效数字,分压=总压×物质的量分数)。
③为探究速率与浓度的关系,该实验中,根据相关实验数据,粗略绘制了2条速率—浓度关系曲线:
和则:与曲线相对应的是图中曲线_________ (填“甲”或“乙”)。当降低反应体系的温度,反应一段时间后,重新达到平衡,和相应的平衡点分别为________ (填字母)。
(3)①甲池工作时,NO2转变成绿色硝化剂可循环使用,则石墨Ⅱ附近发生的电极反应式__________________________________________________ 。
②若用10A的电流电解60min,乙中阴极得到,则该电解池的电解效率为_________ %。(保留小数点后一位。通过一定电量时阴极上实际沉积的金属质量与通过相同电量时理论上应沉积的金属质量之比叫电解效率。法拉第常数为)
(4)已知为三元酸,,,。则水溶液呈______________ (填“酸”、“中”、“碱”)性,试通过计算说明判断理由_______________________________________ 。
(1)处理NOx的一种方法是利用甲烷催化还原NOx。
K1、K2、K3依次为三个反应的平衡常数,则K3=
(2)在恒容密闭容器中通入等物质的量的CO和NO,在一定条件下发生反应:,测得NO的平衡转化率与温度及压强的关系如图所示:①则该反应的
②对于气相反应,用某组分(B)的平衡分压强p(B)代替物质的量浓度c(B)也可表示平衡常数Kp,则该反应的平衡常数表达式Kp=
③为探究速率与浓度的关系,该实验中,根据相关实验数据,粗略绘制了2条速率—浓度关系曲线:
和则:与曲线相对应的是图中曲线
(3)①甲池工作时,NO2转变成绿色硝化剂可循环使用,则石墨Ⅱ附近发生的电极反应式
②若用10A的电流电解60min,乙中阴极得到,则该电解池的电解效率为
(4)已知为三元酸,,,。则水溶液呈
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(0.4)
名校
【推荐3】煤的气化和天然气净化过程中会产生H2S,将其吸收和转化是保护环境和资源利用的有效措施。
(1)已知H2S的燃烧热,S(s)的燃烧热,则空气直接氧化脱除H2S的反应:2H2S(g)+O2(g)=2S(s)+2H2O(l) =_______ kJ·mol-1。
(2)工业上用常用氯苯(C6H5Cl)和硫化氢(H2S)反应来制备有机合成中间体苯硫酚(C6H5SH),但会有副产物苯(C6H6)生成。
I.C6H5Cl(g)+H2S(g)=C6H5SH(g)+HCl(g) = —16.8kJ·mol-1
II.C6H5Cl(g)+H2S(g)=C6H6(g)+HCl(g)+S8 (g)
现将一定量的氯苯和硫化氢置于一固定容积的容器中模拟工业生产过程,在不同温度下均反应20分钟测定生成物的浓度,得到图1和图2。
下列说法错误的是_______。
(3)H2S高温裂解转化为H2和硫蒸气,2H2S(g) 2H2(g)+S2(g)。维持体系压强=100kPa,反应在不同温度下达到平衡时,混合气体中各组分的体积分数(物质的量分数)如图所示。
①H2S高温裂解反应的_______ 0 (填“>”或“<”)。
②曲线c代表的物质是_______ (填化学式)。
③反应温度为1300℃时,H2S的平衡转化率为_______ ,反应的平衡常数=_______ (写计算式,分压=总压×物质的量分数)。
④是以各物质的物质的量分数代替浓度表示的平衡常数,则=_______ (用含的表达式表示)。若增大,=_______ (填“增大” “减小”或“不变”,下同)。若H2S高温裂解反应在刚性容器中进行,增大H2S的投入量,H2的物质的量分数_______ 。
(1)已知H2S的燃烧热,S(s)的燃烧热,则空气直接氧化脱除H2S的反应:2H2S(g)+O2(g)=2S(s)+2H2O(l) =
(2)工业上用常用氯苯(C6H5Cl)和硫化氢(H2S)反应来制备有机合成中间体苯硫酚(C6H5SH),但会有副产物苯(C6H6)生成。
I.C6H5Cl(g)+H2S(g)=C6H5SH(g)+HCl(g) = —16.8kJ·mol-1
II.C6H5Cl(g)+H2S(g)=C6H6(g)+HCl(g)+S8 (g)
现将一定量的氯苯和硫化氢置于一固定容积的容器中模拟工业生产过程,在不同温度下均反应20分钟测定生成物的浓度,得到图1和图2。
下列说法错误的是_______。
A.由图1可知,相同条件下反应I的活化能小于反应II的活化能 |
B.590K以上,随温度升高,反应I消耗H2S减少 |
C.其他条件不变,氯苯的转化率随温度的升高而降低 |
D.若要提高C6H5SH的产量,可提高硫化氢与氯苯起始物质的量之比 |
①H2S高温裂解反应的
②曲线c代表的物质是
③反应温度为1300℃时,H2S的平衡转化率为
④是以各物质的物质的量分数代替浓度表示的平衡常数,则=
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