我国力争于2030年前做到碳达峰,2060年前实现碳中和。CH4与CO2重整是CO2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.CH4(g)+CO2(g) 2CO(g)+2H2(g) ∆H1
b.CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ∆H2
c.CH4(g) C(s)+2H2(g) ∆H3
d.2CO(g) CO2(g)+C(s) ∆H4
e.CO(g)+H2(g) H2O(g)+C(s) ∆H5
(1)根据盖斯定律,反应a的∆H1=___________ (写出一个合理的代数式即可)。
(2)一定条件下,c反应CH4分解形成碳的反应历程如图所示。该历程分___________ 步进行,其中第___________ 步的正反应活化能最大。
(3)某温度下,在体积为2 L的容器中加入2 mol CH4、1 mol CO2以及催化剂进行a反应,达到平衡时CO2的转化率是50%,则其平衡常数为___________ 。
(4)在一固定容积的密闭容器中进行b反应:CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)。其平衡常数K和温度T的关系如下:
①该反应的正反应为___________ 反应(填“吸热”或“放热”)。
②当温度为850℃,某时刻测得容器中各物质的物质的量如下:
此时上述反应正、逆反应速率的关系为:υ正___________ υ逆(填“大于”、“小于”或“等于”)。
③在一定温度下,压缩容器体积增大压强,则该反应中H2(g)的平衡转化率___________ (填“增大”、“减小”或“不变”)。工业生产中,通过此方法使容器压强增大以加快反应速率,却意外发现H2(g)的转化率也显著提高,请你从平衡原理解释其原因可能是___________ 。
a.CH4(g)+CO2(g) 2CO(g)+2H2(g) ∆H1
b.CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ∆H2
c.CH4(g) C(s)+2H2(g) ∆H3
d.2CO(g) CO2(g)+C(s) ∆H4
e.CO(g)+H2(g) H2O(g)+C(s) ∆H5
(1)根据盖斯定律,反应a的∆H1=
(2)一定条件下,c反应CH4分解形成碳的反应历程如图所示。该历程分
(3)某温度下,在体积为2 L的容器中加入2 mol CH4、1 mol CO2以及催化剂进行a反应,达到平衡时CO2的转化率是50%,则其平衡常数为
(4)在一固定容积的密闭容器中进行b反应:CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)。其平衡常数K和温度T的关系如下:
T/℃ | 700 | 800 | 850 | 1000 | 1200 |
K | 2.6 | 1.7 | 1.0 | 0.9 | 0.6 |
②当温度为850℃,某时刻测得容器中各物质的物质的量如下:
CO | H2O | CO2 | H2 |
0.5mol | 8.5mol | 2.0mol | 2.0mol |
③在一定温度下,压缩容器体积增大压强,则该反应中H2(g)的平衡转化率
更新时间:2021-07-15 21:39:26
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【推荐1】煤的综合利用包括煤的干馏、气化、液化等。煤的气化用于生产各种气体燃料,有利于环境保护和提高煤的利用效率;煤的液化产品将替代目前的石油,最常见的液化方法是用煤生产,对优化终端能源结构具有重要的战略意义。
(1)工业上可利用煤气化后的产物CO或来制备清洁液体燃料甲醇。已知:800时
反应Ⅰ:
反应Ⅱ:
写出用与反应制备甲醇的热化学方程式:___________ 。
①对于反应Ⅰ,在体积一定的密闭容器中按物质的量之比为1∶2充入CO和,测得平衡混合物中的体积分数在不同压强下随温度的变化情况如图所示。据此判断:
压强___________ (填“”、“”或“”,下同);反应速率:(状态A)___________ (状态B)。
②对于反应Ⅱ,在体积一定的密闭容器中加入一定量的和进行反应。下列说法正确的是___________ 。
A.若该反应在恒容、绝热容器中进行,当容器中压强保持不变时表明反应达到平衡状态
B.该反应达到平衡时,向平衡体系中充入一定量的氦气,平衡可能发生移动
C.恒温恒容条件下,若改变反应物的投入量,的值不发生变化
D.恒温恒容条件下,若投入气体的总量保持不变,设起始投料比,当或1/2时,的体积分数不变
(2)煤干馏产物焦炭常用于冶炼工业。已知反应①:;反应②:,反应①、②的反应趋势与温度关系如图所示。
对应反应是___________ ;当温度低于983K时,过量焦炭的氧化产物以为___________ 主。
(3)燃煤烟道气常用溶液充分吸收得到溶液,然后电解该溶液可制得硫酸。原理如图,写出电解时阳极的电极反应式___________ 。
(1)工业上可利用煤气化后的产物CO或来制备清洁液体燃料甲醇。已知:800时
反应Ⅰ:
反应Ⅱ:
写出用与反应制备甲醇的热化学方程式:
①对于反应Ⅰ,在体积一定的密闭容器中按物质的量之比为1∶2充入CO和,测得平衡混合物中的体积分数在不同压强下随温度的变化情况如图所示。据此判断:
压强
②对于反应Ⅱ,在体积一定的密闭容器中加入一定量的和进行反应。下列说法正确的是
A.若该反应在恒容、绝热容器中进行,当容器中压强保持不变时表明反应达到平衡状态
B.该反应达到平衡时,向平衡体系中充入一定量的氦气,平衡可能发生移动
C.恒温恒容条件下,若改变反应物的投入量,的值不发生变化
D.恒温恒容条件下,若投入气体的总量保持不变,设起始投料比,当或1/2时,的体积分数不变
(2)煤干馏产物焦炭常用于冶炼工业。已知反应①:;反应②:,反应①、②的反应趋势与温度关系如图所示。
对应反应是
(3)燃煤烟道气常用溶液充分吸收得到溶液,然后电解该溶液可制得硫酸。原理如图,写出电解时阳极的电极反应式
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【推荐2】甲烷催化裂解是工业上制备乙炔的方法之一。回答下列问题:
(1)已知:CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) ΔH1=-885 kJ/mol
2C2H2(g)+5O2(g)=4CO2(g)+2H2O(l) ΔH2=-2600 kJ/mol
2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) ΔH3=-572 kJ/mol
则2CH4(g)=C2H2(g)+3H2(g)ΔH=_______ kJ/mol
(2)①若用分别表示CH4、CH2、H2和固体催化剂,在固体催化剂表面CH4的裂解过程如图所示,从吸附到解吸的过程中,能量状态最高的是_______ (填标号)。②在恒容密闭容器中充入amol甲烷,测得单位时间内在固体催化剂表面CH4的转化率[α(CH4)]与温度(t℃)的关系如图所示,t0℃后CH4的转化率突减的原因可能是_______ 。(3)甲烷分解体系中几种气体的平衡分压(p/Pa)与温度(t/℃)的关系如图所示。①T℃时,化学反应2CH4 (g)=C2H2(g)+3H2(g)的压强平衡常数K=_______ Pa2。
②在某温度下,向VL恒容密闭容器中充入0.12mol CH4只发生反应2CH4(g)=C2H4(g)+2H2(g),达到平衡时,测得p(H2)=p(CH4)。CH4的平衡转化率为_______ (结果保留两位有效数字)。
(4)甲烷除裂解反应外还能发生水蒸气重整反应,涉及以下反应方程式:
I.CH4(g)+H2O(g)→CO(g)+3H2(g) ΔH1=+206kJ·mol-1;
II.CO(g)+H2O(g)→CO2(g)+H2(g) ΔH2=-41kJ·mol-1;
在一体积可变的密闭容器中,加入一定量的CH4和H2O(g)发生水蒸气重整反应。
①压强为P0kPa时,分别在加CaO和不加CaO时,平衡体系H2的物质的量随温度变化如图所示。温度低于700℃时,加入CaO可明显提高混合气中H2的量,原因是_______ ②500℃时,反应相同时间后测得CH4的转化率随压强的变化如图所示。则图中E点和G点CH4的浓度大小关系为c(G)_______ (填“>”“<”或“=”)c(E)。
(1)已知:CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) ΔH1=-885 kJ/mol
2C2H2(g)+5O2(g)=4CO2(g)+2H2O(l) ΔH2=-2600 kJ/mol
2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) ΔH3=-572 kJ/mol
则2CH4(g)=C2H2(g)+3H2(g)ΔH=
(2)①若用分别表示CH4、CH2、H2和固体催化剂,在固体催化剂表面CH4的裂解过程如图所示,从吸附到解吸的过程中,能量状态最高的是
②在某温度下,向VL恒容密闭容器中充入0.12mol CH4只发生反应2CH4(g)=C2H4(g)+2H2(g),达到平衡时,测得p(H2)=p(CH4)。CH4的平衡转化率为
(4)甲烷除裂解反应外还能发生水蒸气重整反应,涉及以下反应方程式:
I.CH4(g)+H2O(g)→CO(g)+3H2(g) ΔH1=+206kJ·mol-1;
II.CO(g)+H2O(g)→CO2(g)+H2(g) ΔH2=-41kJ·mol-1;
在一体积可变的密闭容器中,加入一定量的CH4和H2O(g)发生水蒸气重整反应。
①压强为P0kPa时,分别在加CaO和不加CaO时,平衡体系H2的物质的量随温度变化如图所示。温度低于700℃时,加入CaO可明显提高混合气中H2的量,原因是
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【推荐3】请参考题中图表,已知E1=134kJ•mol﹣1、E2=368kJ•mol﹣1,根据要求回答下列问题:
(1)图甲是1mol NO2(g)和1mol CO(g)反应生成CO2(g)和NO(g)过程中的能量变化示意图,请写出NO2和CO反应的热化学方程式:___________ 。
(2)在一2L密闭容器中,起始时向该容器中充入H2S和CH4,n(H2S):n(CH4)=2:1,起始的n(CH4)=3mol,发生反应:CH4(g)+2H2S(g) CS2(g)+4H2(g)。温度变化对平衡时产物的物质的量分数的影响如图乙所示,为提高H2S的平衡转化率,除改变温度外,还可采取的措施是___________ 。(列举一条)。N点对应温度下,化学反应经过了10min建立了平衡,该反应的v(H2S)=___________ 。
(3)反应CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)的平衡转化率与温度、压强关系如图丙所示[其中n(CH4):n(H2O)=1:1]。该反应在图中A点的平衡常数Kp=___________ (用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数),图中压强(p1、p2、p3、p4)由大到小的顺序为___________ 。
(4)瑞典化学家阿累尼乌斯的化学反应速率经验定律为k=Ae,(其中,k为速率常数,A、R为常数,Ea为活化能,T为绝对温度,e为自然对数底数,约为2.718)。由此判断下列说法中正确的是___________ (填序号,k正、k逆为正、逆反应速率常数)。
A.其他条件不变,升高温度,k正增大、k逆变小
B.其他条件不变,使用催化剂,k正、k逆同等倍数增大
C.其他条件不变,增大反应物浓度,k正增大、k逆不变
D.其他条件不变,减小压强,k正、k逆都变小
(1)图甲是1mol NO2(g)和1mol CO(g)反应生成CO2(g)和NO(g)过程中的能量变化示意图,请写出NO2和CO反应的热化学方程式:
(2)在一2L密闭容器中,起始时向该容器中充入H2S和CH4,n(H2S):n(CH4)=2:1,起始的n(CH4)=3mol,发生反应:CH4(g)+2H2S(g) CS2(g)+4H2(g)。温度变化对平衡时产物的物质的量分数的影响如图乙所示,为提高H2S的平衡转化率,除改变温度外,还可采取的措施是
(3)反应CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)的平衡转化率与温度、压强关系如图丙所示[其中n(CH4):n(H2O)=1:1]。该反应在图中A点的平衡常数Kp=
(4)瑞典化学家阿累尼乌斯的化学反应速率经验定律为k=Ae,(其中,k为速率常数,A、R为常数,Ea为活化能,T为绝对温度,e为自然对数底数,约为2.718)。由此判断下列说法中正确的是
A.其他条件不变,升高温度,k正增大、k逆变小
B.其他条件不变,使用催化剂,k正、k逆同等倍数增大
C.其他条件不变,增大反应物浓度,k正增大、k逆不变
D.其他条件不变,减小压强,k正、k逆都变小
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【推荐1】十九大报告提出要对环境问题进行全面、系统的可持续治理。绿色能源是实施可持续发展的重要途径,利用生物乙醇来制取绿色能源氢气的部分反应过程如图所示:
(1)已知:
请写出反应II的热化学方程式______ 。
(2)反应II,在进气比[]不同时,测得相应的CO平衡转化率见右图(各点的反应温度可能相同或不同,其他反应条件都相同)。
①经分析,A和E两点对应的反应温度相同,其原因是KA=KB=______ (填数值)。该温度下,要提高CO平衡转化率,除了改变进气比之外,还可采取的措施是______ 。
②比较A、B两点对应的反应速率大小:vA______ vB(填“<”“=”或“>”)。.
(3)反应III,利用碳酸钾溶液吸收CO2得到饱和的KHCO3电解液,电解活化的CO2来制备乙醇。已知碳酸的电离常数,,吸收足量CO2所得饱和KHCO3溶液的pH=c,则该溶液中______ 。
(1)已知:
请写出反应II的热化学方程式
(2)反应II,在进气比[]不同时,测得相应的CO平衡转化率见右图(各点的反应温度可能相同或不同,其他反应条件都相同)。
①经分析,A和E两点对应的反应温度相同,其原因是KA=KB=
②比较A、B两点对应的反应速率大小:vA
(3)反应III,利用碳酸钾溶液吸收CO2得到饱和的KHCO3电解液,电解活化的CO2来制备乙醇。已知碳酸的电离常数,,吸收足量CO2所得饱和KHCO3溶液的pH=c,则该溶液中
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【推荐2】完成下列问题:
(1)可逆反应△H,同时符合下列两图中各曲线的是:
_______ ;_______ ;△H_______ 0(填“>”、“<”或“=”)。
(2)图象的变化是由某时刻改变条件引起的:
A.浓度减小B.加压C.降温
①确定时刻的操作_______ ;时刻的操作_______ ;时刻的操作_______ (填A、B、C) 。
②该反应正向是:_______ (吸、放)热反应。
③该反应气体物质的量_______ (增大、减小)的反应。
Ⅱ.反应的平衡常数K随温度的变化如表所示:
(3)从表中数据可以推断,此反应的正反应为_______ (填“吸热”或“放热”)反应。
(4)在830℃时,向恒容密闭容器中充入2mol CO(g),5mol(g),4mol(g)和3mol(g),此时_______ (填“>”、“<”或“=”)。
(1)可逆反应△H,同时符合下列两图中各曲线的是:
(2)图象的变化是由某时刻改变条件引起的:
A.浓度减小B.加压C.降温
①确定时刻的操作
②该反应正向是:
③该反应气体物质的量
Ⅱ.反应的平衡常数K随温度的变化如表所示:
温度/℃ | 400 | 500 | 830 | 1000 |
平衡常数K | 10 | 9 | 1 | 0.6 |
(4)在830℃时,向恒容密闭容器中充入2mol CO(g),5mol(g),4mol(g)和3mol(g),此时
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解题方法
【推荐3】工业上利用C2H2制取C2H4的反应为C2H2(g)+H2(g)C2H4(g) △H。回答下列问题:
(1)H2可通过反应CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)获取。T℃时,向2L恒容密闭容器中充入1.2mol水蒸气和1.2molCH4(g),经过2min反应达平衡,平衡后测得CO的浓度为0.3mol•L-1,则0~2min内H2的平均反应速率为______ ,平衡时CH4的转化率为______ 。
(2)对于反应C2H2(g)+H2(g)C2H4(g),其他条件一定时,温度、压强对平衡时混合气体中C2H4体积分数的影响如图所示。
①该反应为______ 反应(填“吸热”或“放热”),压强:p1______ p2(填“>”“=”或“<”)。
②Q、M、N三点的平衡常数KQ、KM、KN的大小关系为______ 。
(3)对于反应C2H2(g)+H2(g)C2H4(g),为了增大反应速率,且增大H2的平衡转化率,下列措施一定可行的是_____ (填字母)。
a.降低温度 b.使用合适的催化剂
c.缩小容器容积 d.减小原料气中的比值
(1)H2可通过反应CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)获取。T℃时,向2L恒容密闭容器中充入1.2mol水蒸气和1.2molCH4(g),经过2min反应达平衡,平衡后测得CO的浓度为0.3mol•L-1,则0~2min内H2的平均反应速率为
(2)对于反应C2H2(g)+H2(g)C2H4(g),其他条件一定时,温度、压强对平衡时混合气体中C2H4体积分数的影响如图所示。
①该反应为
②Q、M、N三点的平衡常数KQ、KM、KN的大小关系为
(3)对于反应C2H2(g)+H2(g)C2H4(g),为了增大反应速率,且增大H2的平衡转化率,下列措施一定可行的是
a.降低温度 b.使用合适的催化剂
c.缩小容器容积 d.减小原料气中的比值
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【推荐1】CO2-CH4干气重整反应制合成气(H2、CO)是CO2资源化利用的重要研究方向。其反应主要包括:
反应I
反应Ⅱ
(1)已知 H2(g)、CO(g)的燃烧热分别为285.8 kJ∙mol-1和283kJ∙mol-1,水的汽化热为44kJ∙mol-1,则△H2=_______ kJ∙mol-1;能同时提高CH4(g)的平衡转化率和反应速率的措施为_______ (写一条即可)。
(2)向的恒压密闭容器中,充入1molCH4(g)和1mol CO2 (g)发生反应I和Ⅱ.达到平衡时,CO2的转化率为80%,,则平衡时气体的总物质的量=_______ mol;反应Ⅰ的压强平衡常数Kp=_______ (MPa)2;若反应在刚性容器中达到平衡,则CO2(g)的转化率_______ (填“>”“=”或“<”)80%。
(3)实验研究发现,在(2)条件下,催化剂表面产生积碳与下列2个反应有关:
反应Ⅲ
反应IV
①已知ΔG=△H-TΔS,ΔG的值只取决于反应体系的始态和终态,忽略△H、ΔS随温度的变化,反应Ⅲ和反应IV的ΔG与T的关系如图1所示,其中表示反应Ⅲ的曲线为_______ (填“a”或“b”);在200~400℃时,催化剂表面产生的积碳主要来自于反应_______ (填“Ⅲ”或“IV”)。②实验表明,反应温度、压强和进料比对催化剂表面积碳生成量的影响如图2、3所示。据此判断,有利于减少积碳量的措施为_______ (填选项字母)。
A.压强一定时,增大且升高温度
B.一定时,升高温度且减小压强
C.温度一定时,增大且增大压强
D.温度一定时,降低且减小压强
反应I
反应Ⅱ
(1)已知 H2(g)、CO(g)的燃烧热分别为285.8 kJ∙mol-1和283kJ∙mol-1,水的汽化热为44kJ∙mol-1,则△H2=
(2)向的恒压密闭容器中,充入1molCH4(g)和1mol CO2 (g)发生反应I和Ⅱ.达到平衡时,CO2的转化率为80%,,则平衡时气体的总物质的量=
(3)实验研究发现,在(2)条件下,催化剂表面产生积碳与下列2个反应有关:
反应Ⅲ
反应IV
①已知ΔG=△H-TΔS,ΔG的值只取决于反应体系的始态和终态,忽略△H、ΔS随温度的变化,反应Ⅲ和反应IV的ΔG与T的关系如图1所示,其中表示反应Ⅲ的曲线为
A.压强一定时,增大且升高温度
B.一定时,升高温度且减小压强
C.温度一定时,增大且增大压强
D.温度一定时,降低且减小压强
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【推荐2】在硫酸工业中,通过下列反应使SO2氧化为SO3:2SO2(g)+O2(g)⇌2SO3(g) △H=-196.6kJ/mol。其实验数据如下:
(1)应选用的温度是_______ 左右,应选用的压强约是_______ 。
(2)实际生产中原料气含SO2为7%(体积分数)、O2为11%。O2相对过量的理由是_______ 。
(3)尾气中SO2必须回收的主要原因是_______ 。
(4)分别在不同温度T1°C、T2°C以及起始压力为0.10MPa下,向恒容容器中通入SO2和O2[其中n(SO2):n(O2)=2:1],测得容器内总压强随时间变化如图所示。
①其他条件不变时,A、B两点的v逆较大者为_______ 。
②B点的分压平衡常数Kp=_______ (答计算结果。分压=总压×物质的量分数)。
③必须在高温下才能启动,原因是_______ 。
④下列措施能提高SO2转化效率的是_______
A.适当减压
B.增大催化剂的比表面积
C.合理控制反应器中气体的流速
D.反应器前段加热,后段冷却
(5)若向恒容恒温容器(1.00L)中各加入2.00molSO2、3.00molO2,测得反应过程中容器内n(SO2)随时间变化关系如下:
a值最可能是_______ 。
温度 | 不同压强下SO2的平衡转化率 | ||||
0.1MPa | 0.5MPa | 1MPa | 5MPa | 10MPa | |
450°C | 97.5 | 98.9 | 99.2 | 99.6 | 99.7 |
550°C | 85.6 | 92.9 | 94.9 | 97.7 | 98.3 |
(1)应选用的温度是
(2)实际生产中原料气含SO2为7%(体积分数)、O2为11%。O2相对过量的理由是
(3)尾气中SO2必须回收的主要原因是
(4)分别在不同温度T1°C、T2°C以及起始压力为0.10MPa下,向恒容容器中通入SO2和O2[其中n(SO2):n(O2)=2:1],测得容器内总压强随时间变化如图所示。
①其他条件不变时,A、B两点的v逆较大者为
②B点的分压平衡常数Kp=
③必须在高温下才能启动,原因是
④下列措施能提高SO2转化效率的是
A.适当减压
B.增大催化剂的比表面积
C.合理控制反应器中气体的流速
D.反应器前段加热,后段冷却
(5)若向恒容恒温容器(1.00L)中各加入2.00molSO2、3.00molO2,测得反应过程中容器内n(SO2)随时间变化关系如下:
t/min | 0 | 5 | 10 | 15 | 20 | 25 | 30 |
n(SO2)/mol | 2.00 | 1.60 | 1.40 | a | 1.25 | 1.225 | 1.225 |
a值最可能是
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【推荐3】环氧乙烷()是重要的化工原料,用环氧化法生产。
主反应(反应①):
副反应(反应②):1.基态碳原子轨道表示式为___________。(不定项)
A. | B. | C. | D. |
A. | B. | C. | D. |
A.混合气体的密度保持不变 |
B.混合气体的平均相对分子质量保持不变 |
C.保持不变 |
D.每消耗同时生成的环氧乙烷 |
在的恒容密闭容器中充入乙烯和,仅发生反应①和反应②,相同时间后测得乙烯的转化率及的浓度随温度变化如下图:5.反应进行时乙烯的消耗速率为
600℃时测得环氧乙烷的选择性2/3(环氧乙烷选择性)
6.写出主反应的平衡常数表达式
7.根据图表数据,下,时该容器中
其他烯烃也能与在催化剂存在下发生环氧化。有四种烯烃结构如下:8.用系统命名法对B进行命名
9.上述存在立体异构现象的烯烃是
10.写出A发生环氧化生成的有机物的结构简式
除乙烯氧化法(路径一),路径二也是制备环氧乙烷的工业方法11.已知A含有两种官能团,且分子量比乙烯大52.5,则A的结构简式为
12.请从绿色化学角度评价上述两种制备方案
(相对原子质量:H-1 O-16 C1-35.5)
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