还原法处理氮的氧化物是环境保护的热门课题。
Ⅰ.CO还原法:
(1)CO与NO在Rh催化剂上的氧化还原反应是控制汽车尾气对空气污染的关键反应。用Rh作催化剂时该反应的过程示意图如下:
已知过程Ⅰ的焓变为akJ/mol,过程Ⅱ的焓变为bkJ/mol,则该反应的热化学方程式为_______ 。
Ⅱ.焦炭还原法:
(2)用焦炭还原的反应为: ∆H>0。
①在一定条件下,下列事实一定能证明该反应已经达到平衡状态的是_______ 。
A.恒温恒容条件下,
B.绝热恒容条件下,体系的温度不再改变
C.恒温恒压条件下,混合气体密度不再改变
D.恒温恒容条件下,与的体积比不再改变
②在恒温条件下,1mol 和足量C发生该反应,测得平衡时和的物质的量浓度与平衡总压强的关系如图所示,则A、B两点的反应速率关系为v(A)_______ v(B)(填“>”、“<”或“=”),C点时该反应的分压平衡常数_______ (为以分压表示的平衡常数,分压=总压×物质的量分数)。
③下列措施既能加快反应速率,又能提高平衡转化率的是_______ 。
A.升高温度 B.增加炭的用量 C.增大压强 D.使用催化剂
Ⅲ.还原法:
(3)以氨气作还原剂,可除去烟气中的氮氧化物。其中除去NO的反应原理如下: ∆H=-1980kJ/mol,反应速率与浓度之间存在如下关系:,,k正,k逆为速率常数,只受温度影响。350℃时,在2L恒容密闭容器中,通入0.9mol 和1.2mol 发生反应,保持温度不变,平衡时NO的转化率为50%,则此温度下_______ ;温度升高时,k正增大m倍,k逆增大n倍,则m_______ n(填“>”、“<”或“=”)。
Ⅰ.CO还原法:
(1)CO与NO在Rh催化剂上的氧化还原反应是控制汽车尾气对空气污染的关键反应。用Rh作催化剂时该反应的过程示意图如下:
已知过程Ⅰ的焓变为akJ/mol,过程Ⅱ的焓变为bkJ/mol,则该反应的热化学方程式为
Ⅱ.焦炭还原法:
(2)用焦炭还原的反应为: ∆H>0。
①在一定条件下,下列事实一定能证明该反应已经达到平衡状态的是
A.恒温恒容条件下,
B.绝热恒容条件下,体系的温度不再改变
C.恒温恒压条件下,混合气体密度不再改变
D.恒温恒容条件下,与的体积比不再改变
②在恒温条件下,1mol 和足量C发生该反应,测得平衡时和的物质的量浓度与平衡总压强的关系如图所示,则A、B两点的反应速率关系为v(A)
③下列措施既能加快反应速率,又能提高平衡转化率的是
A.升高温度 B.增加炭的用量 C.增大压强 D.使用催化剂
Ⅲ.还原法:
(3)以氨气作还原剂,可除去烟气中的氮氧化物。其中除去NO的反应原理如下: ∆H=-1980kJ/mol,反应速率与浓度之间存在如下关系:,,k正,k逆为速率常数,只受温度影响。350℃时,在2L恒容密闭容器中,通入0.9mol 和1.2mol 发生反应,保持温度不变,平衡时NO的转化率为50%,则此温度下
更新时间:2022-01-19 08:46:06
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【推荐1】一定条件下,lmolCH3OH与一定量O2发生反应时,生成CO、CO2或HCHO的能量变化如下图所示[反应物O2(g)和生成物H2O(g)已略去]。
回答下列问题:
(1)在有催化剂作用下,CH3 OH与O2反应主要生成___ (填“CO2、CO或HCHO”);计算:2HCHO(g)+O2(g)=2CO(g)+2H2O(g)=_____________
(2)已知:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)
①经测定不同温度下该反应的平衡常数如下:
该反应为 ___ (填“放热”或“吸热”)反应;250℃时,某时刻测得该反应的反应物与生成物浓度为c(CO) =0.4mol/L、c(H2) =0. 4mol/L、c(CH3 OH) =0. 8mol/L,则此时υ(正)____ υ(逆)(填“>”、“=”或“<”)。
②某温度下,在体积固定的2L密闭容器中将1molCO和2molH2混合,使反应得到平衡,实验测得平衡时与起始时的气体压强比值为0 .7,则该反应的平衡常数为____ (保留l位小数)。
(3)利用钠碱循环法可除去SO2。常温下,若吸收液吸收一定量SO2后的溶液中,n(SO32-):n(HSO3-) =3:2,则此时溶液呈____ (填“酸性”、“中性”或“碱性”)。(已知:H2SO3的电离常数为:Kal=l. 54×10-2、Ka2=l. 02×l0-7)
(4)利用电化学法处理工业尾气SO2的装置如图所示,写出Pt(2)电极反应式:______ ;当电路中转移0. 02 mol e-时(较浓H2SO4尚未排出),交换膜左侧溶液中约增加___ mol离子。
回答下列问题:
(1)在有催化剂作用下,CH3 OH与O2反应主要生成
(2)已知:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)
①经测定不同温度下该反应的平衡常数如下:
温度(℃) | 250 | 300 | 350 |
K | 2.041 | 0.270 | 0.012 |
②某温度下,在体积固定的2L密闭容器中将1molCO和2molH2混合,使反应得到平衡,实验测得平衡时与起始时的气体压强比值为0 .7,则该反应的平衡常数为
(3)利用钠碱循环法可除去SO2。常温下,若吸收液吸收一定量SO2后的溶液中,n(SO32-):n(HSO3-) =3:2,则此时溶液呈
(4)利用电化学法处理工业尾气SO2的装置如图所示,写出Pt(2)电极反应式:
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(0.4)
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解题方法
【推荐2】某研究团队以NO和H2为原料,在Fe基催化下有效地合成NH3.回答下列问题:
已知:①
②
(1)___________ 。
(2)在一定温度下,向一恒容密闭容器中充入0.2molNO(g)和0.5molH2(g),只发生反应②,达到平衡时生成1.7gNH3(g)。下列叙述正确的是___________ (填标号)。
A.当容器内总压强不变时,该反应达到平衡
B.达到平衡时,反应体系放出的热量为37.7kJ
C.平衡后再充入0.2molNO(g)和0.5molH2(g),NO平衡转化率减小
(3)研究发现,分两步进行:
第1步:(慢反应);
第2步:___________ (补充)(快反应)。
加入催化剂,主要是降低第___________ (填“1”或“2”)步反应活化能。
(4)的反应速率方程式为(其中,k为常数,只与温度和催化剂有关)。为了测定反应级数m、n,实验结果如下:
根据上述数据计算:m=___________ ,n=___________ ,c=___________ 。
(5)在一密闭反应器中充入2molNO(g)和5molH2(g),在催化剂10Fe﹣8Cu/TiO2作用下发生反应,,实验测得NO转化率和NH3选择性与温度的关系如图所示。
温度高于350℃时,NO转化率增大,但NH3选择性降低,主要原因是___________ 。a点时生成NH3的物质的量为___________ (结果保留3位有效数字)。
(6)某温度下,保持总压强为100kPa,向反应器中充入2molNO(g)和6molH2(g),只发生反应:(a),(b),达到平衡时NO转化率为60%,NH3选择性为80%。反应(b)的平衡常数___________ (计算结果保留三位有效数字)。
已知:①
②
(1)
(2)在一定温度下,向一恒容密闭容器中充入0.2molNO(g)和0.5molH2(g),只发生反应②,达到平衡时生成1.7gNH3(g)。下列叙述正确的是
A.当容器内总压强不变时,该反应达到平衡
B.达到平衡时,反应体系放出的热量为37.7kJ
C.平衡后再充入0.2molNO(g)和0.5molH2(g),NO平衡转化率减小
(3)研究发现,分两步进行:
第1步:(慢反应);
第2步:
加入催化剂,主要是降低第
(4)的反应速率方程式为(其中,k为常数,只与温度和催化剂有关)。为了测定反应级数m、n,实验结果如下:
序号 | 速率 | ||
I | 0.1 | 0.1 | v |
II | 0.2 | 0.1 | 4v |
III | 0.2 | 0.2 | 8v |
IV | c | 0.4 | 36v |
(5)在一密闭反应器中充入2molNO(g)和5molH2(g),在催化剂10Fe﹣8Cu/TiO2作用下发生反应,,实验测得NO转化率和NH3选择性与温度的关系如图所示。
温度高于350℃时,NO转化率增大,但NH3选择性降低,主要原因是
(6)某温度下,保持总压强为100kPa,向反应器中充入2molNO(g)和6molH2(g),只发生反应:(a),(b),达到平衡时NO转化率为60%,NH3选择性为80%。反应(b)的平衡常数
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解题方法
【推荐3】发展洁净煤技术、利用CO2制备清洁能源等都是实现减碳排放的重要途径。
(1)将煤转化成水煤气的反应:C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)可有效提高能源利用率,若在上述反应体系中加入催化剂(其他条件保持不变),此反应的△H________(填“增大”、“减小”或“不变”),判断的理由是________。
(2)CO2制备甲醇:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)ΔH=-49.0kJ·mol-1,在体积为1L的密闭容器中,充入1molCO2和3molH2,测得CO2(g)和CH3OH(g)浓度随时间变化如右图所示。
①该反应化学平衡常数K的表达式是________。
②0~9min时间内,该反应的平均反应速率ν(H2)=________。
③在相同条件下,密闭容器的体积缩小至0.5L时,此反应达平衡时放出的热量(Q)可能是________(填字母序号)kJ。
a.0<Q<29.5
B.29.5<Q<36.75
C.36.75<Q<49
D.49<Q<98
④在一定条件下,体系中CO2的平衡转化率(α)与L和X的关系如右图所示,L和X分别表示温度或压强。
X表示的物理量是。判断L1与L2的大小关系。
(3)科学家用氮化镓材料与铜组装如右图的人工光合系统,利用该装置成功地实现了以CO2和H2O合成CH4.
写出铜电极表面的电极反应式,为提高该人工光合系统的工作效率,可向装置中加入少量(选填“盐酸”或“硫酸”).
(4)利用CO2和NH3为原料也合成尿素,在合成塔中的主要反应可表示如下:
反应①:2NH3(g)+CO2(g)=NH2CO2NH4(s)△H1=__________________
反应②:NH2CO2NH4(s)=CO(NH2)2(s)+H2O(g)△H2=+72.49kJ·mol-1
总反应:2NH3(g)+CO2(g)=CO(NH2)2(s)+H2O(g)△H=-86.98kJ·mol-1;
则反应①的△H1=_______________。
(5)现将amol铁和bmol铜的混合物与含有cmolHNO3的稀溶液充分反应,设还原产物为NO。下列结论不正确的是(填序号)
A.若剩余金属0.5amol,则氧化产物为一种或二种
B.若只有一种氧化产物,则3c=8a
C.若有二种氧化产物,被还原的硝酸物质的量为0.25cmol
D.若有三种氧化产物,被还原的硝酸物质的量为0.25cmol
(1)将煤转化成水煤气的反应:C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)可有效提高能源利用率,若在上述反应体系中加入催化剂(其他条件保持不变),此反应的△H________(填“增大”、“减小”或“不变”),判断的理由是________。
(2)CO2制备甲醇:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)ΔH=-49.0kJ·mol-1,在体积为1L的密闭容器中,充入1molCO2和3molH2,测得CO2(g)和CH3OH(g)浓度随时间变化如右图所示。
①该反应化学平衡常数K的表达式是________。
②0~9min时间内,该反应的平均反应速率ν(H2)=________。
③在相同条件下,密闭容器的体积缩小至0.5L时,此反应达平衡时放出的热量(Q)可能是________(填字母序号)kJ。
a.0<Q<29.5
B.29.5<Q<36.75
C.36.75<Q<49
D.49<Q<98
④在一定条件下,体系中CO2的平衡转化率(α)与L和X的关系如右图所示,L和X分别表示温度或压强。
X表示的物理量是。判断L1与L2的大小关系。
(3)科学家用氮化镓材料与铜组装如右图的人工光合系统,利用该装置成功地实现了以CO2和H2O合成CH4.
写出铜电极表面的电极反应式,为提高该人工光合系统的工作效率,可向装置中加入少量(选填“盐酸”或“硫酸”).
(4)利用CO2和NH3为原料也合成尿素,在合成塔中的主要反应可表示如下:
反应①:2NH3(g)+CO2(g)=NH2CO2NH4(s)△H1=__________________
反应②:NH2CO2NH4(s)=CO(NH2)2(s)+H2O(g)△H2=+72.49kJ·mol-1
总反应:2NH3(g)+CO2(g)=CO(NH2)2(s)+H2O(g)△H=-86.98kJ·mol-1;
则反应①的△H1=_______________。
(5)现将amol铁和bmol铜的混合物与含有cmolHNO3的稀溶液充分反应,设还原产物为NO。下列结论不正确的是(填序号)
A.若剩余金属0.5amol,则氧化产物为一种或二种
B.若只有一种氧化产物,则3c=8a
C.若有二种氧化产物,被还原的硝酸物质的量为0.25cmol
D.若有三种氧化产物,被还原的硝酸物质的量为0.25cmol
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(0.4)
解题方法
【推荐1】2023年9月,在杭州举办的亚运会开幕式上,我国首次使用废碳再生的绿色零碳甲醇作为主火炬塔燃料,实现循环内的零排放。加氢制甲醇的总反应可表示为:
该反应一般认为通过如下步骤来实现:
反应I:
反应II:
(1)时,由元素最稳定的单质生成纯化合物时的反应焓叫做该化合物的标准摩尔生成焓。已知、和的标准摩尔生成焓分别为、和,则的标准摩尔生成焓为___________ 。
(2)若反应I为慢反应,下列示意图中能体现总反应进程能量变化的是___________(填标号)。
(3)向一绝热恒容密闭容器中充入等物质的量的和进行总反应,下面不能判断该反应已达到平衡状态的是___________ 。
A.混合气体的密度保持不变
B.总压强不变
C.平衡常数不变
D.单位时间内生成,同时生成
E.和的体积比保持不变
(4)若在恒压反应器中,通入和,发生I、II反应,总压为,平衡时转化率为50%,甲醇的分压为p,则反应I的___________ 。(用含p和的计算式表示,用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)
(5)某小组在合成总反应时,研究了初始投料比不变,不同条件下达到平衡时,体系中甲醇的物质的量分数为,在℃下的*,在下的变化关系,如下图所示。
①则图中对应等温过程的曲线是___________ ,判断的理由是___________ 。
②当时,的平衡转化率___________ (保留三位有效数字),反应条件可能为___________ 或___________ 。
该反应一般认为通过如下步骤来实现:
反应I:
反应II:
(1)时,由元素最稳定的单质生成纯化合物时的反应焓叫做该化合物的标准摩尔生成焓。已知、和的标准摩尔生成焓分别为、和,则的标准摩尔生成焓为
(2)若反应I为慢反应,下列示意图中能体现总反应进程能量变化的是___________(填标号)。
A. | B. |
C. | D. |
(3)向一绝热恒容密闭容器中充入等物质的量的和进行总反应,下面不能判断该反应已达到平衡状态的是
A.混合气体的密度保持不变
B.总压强不变
C.平衡常数不变
D.单位时间内生成,同时生成
E.和的体积比保持不变
(4)若在恒压反应器中,通入和,发生I、II反应,总压为,平衡时转化率为50%,甲醇的分压为p,则反应I的
(5)某小组在合成总反应时,研究了初始投料比不变,不同条件下达到平衡时,体系中甲醇的物质的量分数为,在℃下的*,在下的变化关系,如下图所示。
①则图中对应等温过程的曲线是
②当时,的平衡转化率
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(0.4)
解题方法
【推荐2】和共活化处理的研究既有利于实现碳中和,又有利于处理某些环境中的有害气体.该研究过程主要涉及如下反应:
Ⅰ.
Ⅱ.
Ⅲ.
回答下列问题:
(1)反应Ⅲ的反应热________ ,该反应在________ (填“高温”“低温”或“任意温度”)下能自发进行;
(2)向某密闭容器中投入等物质的量的和,发生上述反应.其中的平衡转化率随温度或压强变化如图.L,X可分别代表压强或温度;X代表的物理量是________ ,原因为________ ;
②若在恒温恒容密闭容器中发生上述反应,下列条件能说明上述反应均达到平衡状态的是________ (填字母);
A. 和的物质的量之比不再发生变化时
B. 和的物质的量之比不再发生变化时
C. 混合气体密度不再发生变化时
D. 容器内压强不再发生变化时
(3)下,向起始压强为的恒容密闭容器中通入等物质的量的和混合气体,发生上述反应,时达到平衡状态,测得此时体系总压强为,;
①平衡时________ ;
②的平均生成速率为________ ;
③下反应Ⅲ的压力平衡常数________ ;
Ⅰ.
Ⅱ.
Ⅲ.
回答下列问题:
(1)反应Ⅲ的反应热
(2)向某密闭容器中投入等物质的量的和,发生上述反应.其中的平衡转化率随温度或压强变化如图.L,X可分别代表压强或温度;X代表的物理量是
②若在恒温恒容密闭容器中发生上述反应,下列条件能说明上述反应均达到平衡状态的是
A. 和的物质的量之比不再发生变化时
B. 和的物质的量之比不再发生变化时
C. 混合气体密度不再发生变化时
D. 容器内压强不再发生变化时
(3)下,向起始压强为的恒容密闭容器中通入等物质的量的和混合气体,发生上述反应,时达到平衡状态,测得此时体系总压强为,;
①平衡时
②的平均生成速率为
③下反应Ⅲ的压力平衡常数
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(0.4)
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解题方法
【推荐3】我国力争在2030年前实现“碳达峰”,2060年前实现“碳中和”。目前,化石燃料仍是我国生产生活中重要的能量来源。因此,的循环再利用是减少碳排放的重要研究课题。
(1)化工生产中常将转化为有机物以实现碳循环。利用催化剂对催化加氢转化成甲醇的化学方程式如下:。一定温度下,向恒容密闭容器中按的物质的量之比充入和,测得和的物质的量随时间变化如图所示。
①内,用表示的化学反应速率_______ 。
②下列现象能说明上述反应达到化学平衡状态的是_______ 。
a.反应体系中 b.混合气体的压强不再改变
c. d.混合气体的密度不再改变
e.单位时间内消耗的同时消耗
(2)有科学家提出用电化学方法将转化为CO,从而实现再利用,其转化的基本原理如图所示。
(已知:在同一电池中,正极的电极电势高于负极)
①电极电势较高的一极是_______ (填“M”或“N”)。
②写出M极的电极反应式:_______ 。
(3)二氧化碳甲烷化是循环再利用最有效的技术之一,其反应为:。
①时,已知相关物质的相对能量如图所示,则和完全反应生成和_______ (填“吸收”或“释放”)的能量为_______ kJ。
②甲烷化过程中会发生副反应,由于该反应的存在导致不能100%转化为,生成的须依据的选择性公式进行计算。某温度下,在体积为的恒容密闭容器中加入和,后达到平衡,测得CO的平均化学反应速率为。已知上述反应条件下的选择性为95%,则的平衡转化率为_______ 。
(注:的选择性=×100%)
(1)化工生产中常将转化为有机物以实现碳循环。利用催化剂对催化加氢转化成甲醇的化学方程式如下:。一定温度下,向恒容密闭容器中按的物质的量之比充入和,测得和的物质的量随时间变化如图所示。
①内,用表示的化学反应速率
②下列现象能说明上述反应达到化学平衡状态的是
a.反应体系中 b.混合气体的压强不再改变
c. d.混合气体的密度不再改变
e.单位时间内消耗的同时消耗
(2)有科学家提出用电化学方法将转化为CO,从而实现再利用,其转化的基本原理如图所示。
(已知:在同一电池中,正极的电极电势高于负极)
①电极电势较高的一极是
②写出M极的电极反应式:
(3)二氧化碳甲烷化是循环再利用最有效的技术之一,其反应为:。
①时,已知相关物质的相对能量如图所示,则和完全反应生成和
②甲烷化过程中会发生副反应,由于该反应的存在导致不能100%转化为,生成的须依据的选择性公式进行计算。某温度下,在体积为的恒容密闭容器中加入和,后达到平衡,测得CO的平均化学反应速率为。已知上述反应条件下的选择性为95%,则的平衡转化率为
(注:的选择性=×100%)
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【推荐1】某学习小组欲利用平衡体系探究影响平衡的因素,将220 mL 0.005 mol⋅L 溶液和20 mL 0.015 mol⋅L KSCN溶液混合,得血红色溶液X,进行下列实验:
实验Ⅰ.改变、、、等离子浓度对平衡的影响
(1)取2 mL溶液X,加入5滴0.01 mol⋅L KSCN溶液,溶液红色_______ (填“变深”、“变浅”或“不变”,下同);取2 mL溶液X,插入经砂纸打磨过的铁丝,溶液红色_______ 。基于上述两个实验可以得到的结论是_______ 。
(2)取2 mL溶液X,加入5滴0.03 mol⋅L KCl溶液,观察到溶液红色变浅,产生该现象的原因可能是_______ 或者不直接参与平衡体系的或对平衡产生了影响。
实验Ⅱ.探究KCl对平衡体系的影响为了确定KCl是否对平衡产生影响,学习小组同学进行如下探究:各取2mL溶液X放入3支比色皿中,分别滴加5滴不同浓度的KCl溶液,并测定各溶液的透射率随时间的变化(已知溶液颜色越深,透射率越小),结果如图所示。
(3)上述实验可以得到以下结论:一是KCl对平衡有影响,且KCl浓度越大,影响_______ 。二是_______ 。
(4)针对产生上述影响的可能原因,学习小组同学提出以下猜想:
猜想①:产生的影响。
猜想②:产生的影响。
猜想③:_______ 。
实验Ⅲ.探究盐对和平衡体系产生的影响
资料信息:
a.溶液中的离子会受到周围带有异性电荷离子的屏蔽,使该离子的有效浓度降低,这种影响称为盐效应。
b.在溶液中存在反应。
(5)根据上述信息,学习小组同学各取2 mL溶液X,分别加入5滴①去离子水、②0.3 mol⋅L KCl溶液、③0.3 mol⋅L NaCl溶液、④0.3 mol⋅L 溶液、⑤3 mol⋅L HCl溶液进行实验,测得各溶液的透射率随时间的变化如图所示。
上述实验能证明阳离子盐效应影响平衡体系的实验组是_______ 。盐效应影响较大的阳离子是_______ 。
A.实验①②③ B.实验①②④ C.实验①③④
(6)解释出现实验⑤现象的原因:_______ 。
实验Ⅰ.改变、、、等离子浓度对平衡的影响
(1)取2 mL溶液X,加入5滴0.01 mol⋅L KSCN溶液,溶液红色
(2)取2 mL溶液X,加入5滴0.03 mol⋅L KCl溶液,观察到溶液红色变浅,产生该现象的原因可能是
实验Ⅱ.探究KCl对平衡体系的影响为了确定KCl是否对平衡产生影响,学习小组同学进行如下探究:各取2mL溶液X放入3支比色皿中,分别滴加5滴不同浓度的KCl溶液,并测定各溶液的透射率随时间的变化(已知溶液颜色越深,透射率越小),结果如图所示。
(3)上述实验可以得到以下结论:一是KCl对平衡有影响,且KCl浓度越大,影响
(4)针对产生上述影响的可能原因,学习小组同学提出以下猜想:
猜想①:产生的影响。
猜想②:产生的影响。
猜想③:
实验Ⅲ.探究盐对和平衡体系产生的影响
资料信息:
a.溶液中的离子会受到周围带有异性电荷离子的屏蔽,使该离子的有效浓度降低,这种影响称为盐效应。
b.在溶液中存在反应。
(5)根据上述信息,学习小组同学各取2 mL溶液X,分别加入5滴①去离子水、②0.3 mol⋅L KCl溶液、③0.3 mol⋅L NaCl溶液、④0.3 mol⋅L 溶液、⑤3 mol⋅L HCl溶液进行实验,测得各溶液的透射率随时间的变化如图所示。
上述实验能证明阳离子盐效应影响平衡体系的实验组是
A.实验①②③ B.实验①②④ C.实验①③④
(6)解释出现实验⑤现象的原因:
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(0.4)
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【推荐2】二氧化碳的合理转化及氮氧化物综合治理是现代化学研究的热点。回答下列问题:
(1)传统钌配合物催化作用下CO2加氢合成甲酸发生反应I,同时还伴有反应II发生。
反应Ⅰ: CO2(g)+H2(g) HCOOH(g) △H1
反应Ⅱ: CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) △H2
①已知: 298K 时,部分物质的相对能量如表所示,△H1_______ △H2(填“大于”“小于”或“等于”)。
②保持323K恒温恒压,CO2(g)、 H2(g)投料比1: 1时,CO2初始分压分别为P1MPa、P2 MPa和P3 MPa(P1<P2<P3),测得CO2的转化率α(CO2)与时间t的关系如图1所示。
在323K, CO2初始分压为P3 MPa时,平衡后,P(HCOOH)=6P(CO), 则反应I的Kp=_______ (用含P3的式子表示)。
(2)一种新型钌配合物催化剂催化CO2加氢合成甲酸的反应机理如图2所示。催化剂再生的反应为_______ ,研究表明,极性溶剂有助于促进CO2插入M- H 键,使用极性溶剂后极大地提高了整个反应的合成效率的原因可能是_______ 。
(3)工业烟气中的氮氧化物可用NH3催化还原,发生反应: 4NH3(g)+6NO(g)= 5N2(g)+ 6H2O(g) ΔH<0,研究表明不同氨氮比[m= ]条件下测得NO的残留率与温度关系如图3所示。
①m1、m2、m3的大小关系_______ 。
②随着温度不断升高,NO的残留率趋近相同的可能原因是_______ 。
(4)利用Au/Ag3PO4光催化去除氮氧化物(O2将氮氧化物氧化为;),研究表明,不同Au的负载量与氮氧化物的去除效果、催化去除速率常数(用k表示,其他条件不变时,速率常数越大,速率越大)大小的关系分别如图4、图5表示。已知:催化剂的活性与其表面的单位面积活性位点数有关。
①综合图4、图5可知催化效果最佳的是_______ (填催化剂)。
②图5表面随着Au的负载量不断增加,反应速率常数先增大后减小,试分析反应速率常数减小的原因是_______ 。
(1)传统钌配合物催化作用下CO2加氢合成甲酸发生反应I,同时还伴有反应II发生。
反应Ⅰ: CO2(g)+H2(g) HCOOH(g) △H1
反应Ⅱ: CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) △H2
①已知: 298K 时,部分物质的相对能量如表所示,△H1
物质 | CO2(g) | H2(g) | H2O(g) | CO(g) | HCOOH(g) |
相对能量/(kJ·mol-1) | -393 | 0 | -242 | -110 | -423.9 |
②保持323K恒温恒压,CO2(g)、 H2(g)投料比1: 1时,CO2初始分压分别为P1MPa、P2 MPa和P3 MPa(P1<P2<P3),测得CO2的转化率α(CO2)与时间t的关系如图1所示。
在323K, CO2初始分压为P3 MPa时,平衡后,P(HCOOH)=6P(CO), 则反应I的Kp=
(2)一种新型钌配合物催化剂催化CO2加氢合成甲酸的反应机理如图2所示。催化剂再生的反应为
(3)工业烟气中的氮氧化物可用NH3催化还原,发生反应: 4NH3(g)+6NO(g)= 5N2(g)+ 6H2O(g) ΔH<0,研究表明不同氨氮比[m= ]条件下测得NO的残留率与温度关系如图3所示。
①m1、m2、m3的大小关系
②随着温度不断升高,NO的残留率趋近相同的可能原因是
(4)利用Au/Ag3PO4光催化去除氮氧化物(O2将氮氧化物氧化为;),研究表明,不同Au的负载量与氮氧化物的去除效果、催化去除速率常数(用k表示,其他条件不变时,速率常数越大,速率越大)大小的关系分别如图4、图5表示。已知:催化剂的活性与其表面的单位面积活性位点数有关。
①综合图4、图5可知催化效果最佳的是
②图5表面随着Au的负载量不断增加,反应速率常数先增大后减小,试分析反应速率常数减小的原因是
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(0.4)
【推荐3】CO2是一种温室气体,对人类的生存环境产生巨大的影响,将CO2作为原料转化为有用化学品,对实现碳中和及生态环境保护有着重要意义。
Ⅰ.工业上以CO2和NH3为原料合成尿素,在合成塔中存在如下转化:
(1)液相中,合成尿素的热化学方程式为:2NH3(l)+CO2(l)=H2O(l)+NH2CONH2(l) △H=___________ kJ/mol。
(2)在恒容密闭容器中发生反应:2NH3(g)+CO2(g)=CO(NH2)2(s)+H2O(g) △H<0。下列说法正确的是
Ⅱ.可利用CO2和CH4催化制备合成气(CO、H2),在一定温度下容积为1 L密闭容器中,充入等物质的量CH4和CO2,加入Ni/Al2O3使其发生反应:CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)
(3)反应达平衡后,平衡常数K=81,此时测得c(CO)为3 mol/L,则CH4的转化率为___________ (保留2位有效数字)。
(4)制备“合成气”反应历程分两步:
上述反应中C(ads)为吸附性活性炭,反应历程的能量图变化如下图所示:
①反应速率快慢比较:反应①___________ 反应②(填“>”“<”或“=”),请依据有效碰撞理论微观探析其原因___________ 。
②一定温度下,反应CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)的平衡常数K=___________ (用k1、k2、k3、k4表示)。
(5)制备合成气(CO、H2)过程中发生副反应:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) △H2=+41.0 kJ/mol,在刚性密闭容器中,进料比分别等于1.0、1.5、2.0,且反应达到平衡状态。反应体系中,随温度变化的关系如图所示:
随着进料比的增加,的值___________ (填“增大”、“不变”或“减小”),其原因是___________ 。
Ⅰ.工业上以CO2和NH3为原料合成尿素,在合成塔中存在如下转化:
(1)液相中,合成尿素的热化学方程式为:2NH3(l)+CO2(l)=H2O(l)+NH2CONH2(l) △H=
(2)在恒容密闭容器中发生反应:2NH3(g)+CO2(g)=CO(NH2)2(s)+H2O(g) △H<0。下列说法正确的是
A.增大CO2的浓度,有利于NH3的转化率增大 |
B.反应在任何温度下都能自发进行 |
C.当混合气体的密度不再发生改变时反应达平衡状态 |
D.充入He,压强增大,平衡向正反应移动 |
Ⅱ.可利用CO2和CH4催化制备合成气(CO、H2),在一定温度下容积为1 L密闭容器中,充入等物质的量CH4和CO2,加入Ni/Al2O3使其发生反应:CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)
(3)反应达平衡后,平衡常数K=81,此时测得c(CO)为3 mol/L,则CH4的转化率为
(4)制备“合成气”反应历程分两步:
步骤 | 反应 | 正反应速率方程 | 逆反应速率方程 |
反应① | CH4(g)C(ads)+2H2(g) | v正=k1·c(CH4) | v逆=k2·c2(H2) |
反应② | C(ads)+CO2(g)2CO(g) | v正=k3·c(CO2) | v逆=k4·c2(CO) |
①反应速率快慢比较:反应①
②一定温度下,反应CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)的平衡常数K=
(5)制备合成气(CO、H2)过程中发生副反应:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) △H2=+41.0 kJ/mol,在刚性密闭容器中,进料比分别等于1.0、1.5、2.0,且反应达到平衡状态。反应体系中,随温度变化的关系如图所示:
随着进料比的增加,的值
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(0.4)
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解题方法
【推荐1】.研究表明: CO2和 CO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。
(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:
反应 I: CO2(g)+H2(g)CO(g)+ H2O(g) △H =+41.3kJ·mol -1
反 应 II: 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 I 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 分离出水蒸气.
C.加入适当催化剂
D.增大 H2浓度
E.升高温度
(2)将不同物质的量的H2O(g)和 CO(g)分别通入体积为 2 L 的恒容密闭容器中,进行反应:H2O(g)+CO(g)CO2(g)+H2(g),得到如下三组数据:
若 a=2,b=1,则 c=_____ ,达到平衡时实验组Ⅱ中 H2O(g)和实验组Ⅲ中 CO的转化率的关系为 αⅡ(H2O)_____ (填“<”“>”或“=”)αⅢ(CO)。
(3)可以用CO在催化剂存在下制备二甲醚的反应原理为:2CO(g)+4H2(g)CH3OCH3(g)+H2O(g),已知一定条件下,该反应中 CO 的平衡转化率随温度、投料比 n(H2)/ n(CO)的变化曲线如图所示。
①a、b、c 按从大到小的顺序排序为_____
②根据图象可以判断该反应为放热反应,理由是_________________
(4)工业上还可利用 CO或 CO2来生产燃料甲醇。已知制备甲醇的有关化学反应以及在不同温度下的化学反应平衡常数如下表所示:
据反应①与②可推导出 K1、K2与 K3之间的关系,则 K3=_____ (用 K1、K2表示); 反应③的ΔH_____ (填“>”或“<”)0。
(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:
反应 I: CO2(g)+H2(g)CO(g)+ H2O(g) △H =+41.3kJ·mol -1
反 应 II: 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 I 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 分离出水蒸气.
C.加入适当催化剂
D.增大 H2浓度
E.升高温度
(2)将不同物质的量的H2O(g)和 CO(g)分别通入体积为 2 L 的恒容密闭容器中,进行反应:H2O(g)+CO(g)CO2(g)+H2(g),得到如下三组数据:
实验组 | 温度/℃ | 起始量/ mol | 平衡量/ mol | 达到平衡所 需时间/min | ||
H2O | CO | CO | H2 | |||
Ⅰ | 650 | 2 | 4 | 2.4 | 1.6 | 5 |
Ⅱ | 900 | 1 | 2 | 1.6 | 0.4 | 3 |
Ⅲ | 900 | a | b | c | d | t |
(3)可以用CO在催化剂存在下制备二甲醚的反应原理为:2CO(g)+4H2(g)CH3OCH3(g)+H2O(g),已知一定条件下,该反应中 CO 的平衡转化率随温度、投料比 n(H2)/ n(CO)的变化曲线如图所示。
①a、b、c 按从大到小的顺序排序为
②根据图象可以判断该反应为放热反应,理由是
(4)工业上还可利用 CO或 CO2来生产燃料甲醇。已知制备甲醇的有关化学反应以及在不同温度下的化学反应平衡常数如下表所示:
化学反应 | 平衡常数 | 温度/℃ | |
500 | 800 | ||
①2H2(g)+CO(g)CH3OH(g) | K1 | 2.5 | 0.15 |
②H2(g)+CO2H2O(g)+CO(g) | K2 | 1.0 | 2.50 |
③3H2(g)+CO2CH3OH(g)+H2O(g) | K3 |
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(0.4)
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【推荐2】丙烯是石化工业的基础原料,也是重要的有机化工原料。近年来,丙烷脱氢制丙烯工艺备受关注。丙烷脱氢过程的主反应为
反应①:
副反应为
反应②:
反应③:
反应④:
(1)对于反应④,___________
(2)该体系平衡时,下列说法正确的是___________
(3)丙烷脱氢过程的主、副反应平衡常数与温度T(K)的关系曲线如下图
(i)从热力学的角度分析,在高温条件下,C-C键断裂的裂解反应比C-H键断裂的脱氢反应容易,由此可知,代表反应①的平衡常数与温度T(K)的关系曲线的是___________ (填“Ⅰ”“Ⅱ”“Ⅲ”或“Ⅳ”)。
(ii)若仅考虑反应①,在温度为T,起始压强为P时,在刚性容器中加入一定量的丙烷,经过一段时间后,测得反应①丙烷平衡转化率为60%,则反应①的___________ 。
(iii)下列哪些措施能提高丙烯的产率___________
A.优良的催化剂 B.低压 C.适当的升高温度 D.高压 E.通入氢气
(4)在常压下,不同温度下、不同水烃比(1mol丙烷中加入水蒸气的物质的量)的反应①丙烷脱氢平衡转化率曲线如下图
由图可知,温度为800K,最佳水烃比=___________ ,原因是___________
反应①:
副反应为
反应②:
反应③:
反应④:
(1)对于反应④,
(2)该体系平衡时,下列说法正确的是___________
A.增大压强,反应④平衡不移动 |
B.单位时间内消耗丙烯的物质的量等于消耗丙烷的物质的量 |
C.增大压强,气体平均摩尔质量增大 |
D.选择适当催化剂既能提高丙烷平衡转化率和丙烯选择性 |
(i)从热力学的角度分析,在高温条件下,C-C键断裂的裂解反应比C-H键断裂的脱氢反应容易,由此可知,代表反应①的平衡常数与温度T(K)的关系曲线的是
(ii)若仅考虑反应①,在温度为T,起始压强为P时,在刚性容器中加入一定量的丙烷,经过一段时间后,测得反应①丙烷平衡转化率为60%,则反应①的
(iii)下列哪些措施能提高丙烯的产率
A.优良的催化剂 B.低压 C.适当的升高温度 D.高压 E.通入氢气
(4)在常压下,不同温度下、不同水烃比(1mol丙烷中加入水蒸气的物质的量)的反应①丙烷脱氢平衡转化率曲线如下图
由图可知,温度为800K,最佳水烃比=
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【推荐3】羰基硫(COS)是一种粮食熏蒸剂,能防治某些害虫和真菌的危害。以FeOOH作催化剂,分别以CO和为碳源,与反应均能产生COS。
(1)以CO为碳源制COS,反应为,其反应过程能量变化如图所示。
①___________ 。
②在2L的密闭容器中,保持温度不变,开始投入9mol和a mol CO,经10min达到平衡,K=0.2,,则a=___________ mol。下图中曲线Ⅰ和Ⅱ表示该温度下,CO和投料比不同时,CO转化率随时间变化关系,则曲线Ⅰ和Ⅱ中a值的大小关系为:Ⅰ___________ Ⅱ(填“>”“<”或“=”),理由是___________ 。
(2)以为碳源制COS,反应为。
①在610K时,将0.10mol与0.40mol充入2.5L空钢瓶中,反应平衡后,的物质的量分数为0.02,则的平衡转化率___________ %。
②在620K重复实验,平衡后的物质的量分数为0.03,的转化率为,则___________ (填“>”“<”或“=”,下同),该反应的___________ 0。
③向反应器中再分别充入下列气体,能使转化率增大的是___________ (填字母)。
A. B. C.COS D.
(3)羰基硫在水存在时会缓慢水解生成,钢铁设备发生析氢腐蚀,则其正极的电极反应式为___________ ,负极的反应产物为___________ (填化学式)。
(1)以CO为碳源制COS,反应为,其反应过程能量变化如图所示。
①
②在2L的密闭容器中,保持温度不变,开始投入9mol和a mol CO,经10min达到平衡,K=0.2,,则a=
(2)以为碳源制COS,反应为。
①在610K时,将0.10mol与0.40mol充入2.5L空钢瓶中,反应平衡后,的物质的量分数为0.02,则的平衡转化率
②在620K重复实验,平衡后的物质的量分数为0.03,的转化率为,则
③向反应器中再分别充入下列气体,能使转化率增大的是
A. B. C.COS D.
(3)羰基硫在水存在时会缓慢水解生成,钢铁设备发生析氢腐蚀,则其正极的电极反应式为
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