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题型:解答题-原理综合题 难度:0.4 引用次数:263 题号:14243197
二甲醚是一种十分重要的化工原料,可用来制杀虫剂、抛光剂、防锈剂、烷基化剂、溶剂等,工业上利用“一步法”合成二甲醚的总反应为2CO(g)+4H2(g) CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH=—221.51 kJ·mol-1,回答下列问题:
(1)600 °C时,在复合催化剂CuO/ZnO/Al2O3上合成二甲醚的过程如下:
ⅰ.合成气合成甲醇:CO(g) +2H2(g) CH3OH(g) ΔH1
ⅱ.甲醇脱水生成二甲醚:2CH3OH(g) CH3OCH3(g)+H2O(g)ΔH2=—20.59 kJ·mol-1
ⅲ.水煤气变换反应:CO(g)+H2O(g) CO2(g)+ H2(g) ΔH3=—38.7 kJ·mol-1
①ΔH1=___________ kJ·mol-1
②传统合成法将反应i、ii分别在不同的反应器中进行,“一步法”连续发生以上i、ii、iii三步反应,“一步法”的优点是___________
(2)实验室模拟上述“一步法”合成过程,在1 L容器中充入6 molCO和6 mol H2,t h后达到平衡,测得混合体系中各组分浓度如下表:
物质H2CH3OHH2OCO2
物质的量浓度/(mol· L-1)1.9560.720.0840.756

平衡后,整个过程中CO的转化率为___________,第ii步反应放出的热量为___________kJ(保留一位小数),v(CH3OCH3)=___________mol· L-1·h-1,第ii步反应的K=___________(保留两位小数)。
(3)第iii步反应机理中,调控反应条件,CO和OH在催化剂上相互作用得到CO2和H的氧化还原机理和羧基机理的两种不同途径如图所示。

分析图象可知,以上过程为___________ ( 填“放热”或“吸热”)过程,从第一步来看,___________ (填“氧化还原机理”或“羧基机理”)对合成有利,最终选择另一反应机理途径更有利的原因是___________

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【推荐1】中科院一项最新成果实现了甲烷高效生产乙烯,甲烷在催化作用下脱氢,在气相中经自由基偶联反应生成乙烯,如图所示。
物质燃烧热(kJ/mol)
氢气285.8
甲烷890.3
乙烯1411.5


(1)已知相关物质的燃烧热如上表,写出甲烷制备乙烯的热化学方程式__________________________________________________________________
(2)在400℃时,向1L的恒容反应器中充入1mol CH4,发生上述反应,测得平衡混合气体中C2H4的体积分数为20.0 %。则在该温度下,其平衡常数K=__________________。按化学平衡移动原理,在图中画出该反应的平衡转化率与温度及压强(p1>p2)的关系曲线。_________

(3)工业上常采用除杂效率高的吸收-电解联合法,除去天然气中杂质气体H2S,并转化为可回收利用的单质硫,其装置如下图所示。

通电前,先通入一段时间含H2S的甲烷气,使部分NaOH吸收H2S转化为Na2S,再接通电源,继续通入含杂质的甲烷气,并控制好通气速率。则装置中右端碳棒为_____极,左端碳棒上的电级反应为________________,右池中的c(NaOH):c(Na2S)___________(填“增大”、“ 基本不变”或“减小)。
(4)已知:HCN的电离常数Ka=4.9×10-10,H2S的电离常数Ka1=1.3×107,Ka2=7.0×1015,向NaCN溶液中通入少量的H2S气体,反应的化学方程式为__________________________________________________________________
(5)在废水处理领域中常用H2S将Mn2+转化为MnS除去,向含有0.0020 mol·L1Mn2+废水中通入一定量的H2S气体,调节溶液的pH=a,当HS浓度为1.0×104 mol·L1时,Mn2+开始沉淀,则a=_________________________________________。[已知:Ksp(MnS)=1.4×1015]
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【推荐2】汽车尾气中NO和CO的催化转化是目前化学研究热点。回答下列问题:
(1)已知下列反应的热化学方程式:
      
      
则反应___________,平衡常数___________(用表示)。
(2)的反应机理及体系的相对能量变化如图1所示(TS表示过渡态)。该反应有___________个分步反应,写出最易发生的分步反应的化学方程式___________

(3)当起始物时,不同条件下达到平衡,设的转化率为,在的关系如图2所示。

①图2中对应等温过程的曲线是___________,判断理由为___________
②M点的分压为___________kPa,该温度下此反应的分压平衡常数___________
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【推荐3】氮氧化物排放是形成臭氧层空洞、酸雨、雾霾的重要成因之一。SCR法是工业上消除氮氧化物的常用方法,反应原理为:4NH3(g)+4NO(g)+O2(g)4N2(g)+6H2O(g) H<0。
(1)氮氧化物破坏臭氧层原理为:①NO+O3NO2+O2②NO2+ONO+O2常温下反应①的平衡常数为K1,反应热为H1,反应②的平衡常数为K2,反应热为H2 ,则反应O3+O2O2的平衡常数K =_____(用K1K2表示),反应热H =______(用H1H2表示)。氮氧化物在该反应中的作用是______
(2)SCR法除NO时,投料比一定时有利于提高NO平衡转化率的反应条件是________________。该法可能发生副反应4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g),减少副反应的主要措施是_________
(3)其他条件相同,在甲、乙两种催化剂作用下,NO转化率与温度的关系如图。

①工业上选择催化剂乙的原因是_____
②在催化剂甲作用下,图中M点处(对应温度为210℃)NO的转化率______(填“可能是”、“一定是”或“一定不是”)该温度下的平衡转化率。高于210℃时,NO转化率降低的原因可能是______
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