苯乙烯是一种重要的有机化工原料,可广泛用于合成橡胶,工程塑料及制药等。工业上可通过乙苯催化脱氢来制取苯乙烯,反应方程式如下:
(g)(g)+H2(g) ΔH
(1)已知部分物质的燃烧热数据如下表:
则_______ 。
(2)下列关于反应的说法正确的是_______(填序号)
(3)工业装置通常采用铁基氧化物催化剂,通入过热水蒸气(615~645℃)、水油比(水与乙苯质量比)1.4~1.8、常压的条件下发生乙苯的催化脱氢反应。
①反应中通入水蒸气的作用是_______ 。
②将物质的量分数组成为m%乙苯(g)、n%的气体通入反应器,在温度t、压强p下进行反应。平衡时,乙苯的转化率为,则苯乙烯的分压为_______ ,平衡常数_______ (以分压表示,分压=总压×物质的量分数)
(4)近年来,有研究者发现若将上述生产过程中通入改为通入,通入后会发生反应。在常压下,分别按投料比为仅乙苯,乙苯,乙苯,测得乙苯的平衡转化率与温度的关系如下图。
则乙苯对应的曲线为_______ (填“a”,“b”或“c”),理由是_______ 。
(g)(g)+H2(g) ΔH
(1)已知部分物质的燃烧热数据如下表:
物质 | 乙苯 | 苯乙烯 | 氢气 |
燃烧热 | -4610.2 | -4441.8 | -285.8 |
(2)下列关于反应的说法正确的是_______(填序号)
A.高温有利于反应自发进行 |
B.工业生产中应尽可能提高反应温度,并增大压强,以提高原料的利用率 |
C.恒温恒容条件下,反应达到平衡后,向体系中再充入乙苯蒸气,乙苯的转化率将增大 |
D.选择合适的催化剂可以缩短达到平衡的时间,但不会提高生成物中苯乙烯的含量 |
①反应中通入水蒸气的作用是
②将物质的量分数组成为m%乙苯(g)、n%的气体通入反应器,在温度t、压强p下进行反应。平衡时,乙苯的转化率为,则苯乙烯的分压为
(4)近年来,有研究者发现若将上述生产过程中通入改为通入,通入后会发生反应。在常压下,分别按投料比为仅乙苯,乙苯,乙苯,测得乙苯的平衡转化率与温度的关系如下图。
则乙苯对应的曲线为
更新时间:2022-04-23 12:29:24
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(0.4)
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解题方法
【推荐1】某空间站利用萨巴蒂尔反应:,配合水的电解实现氧气再生的流程简图如下。
(1)已知:电解液态水制备1mol,电解反应的。由此计算的摩尔燃烧焓___________ 。
(2)已知:萨巴蒂尔反应的平衡常数(K)与反应温度(t)之间的关系如图。
①萨巴蒂尔反应在___________ (选填“高温”或“低温”)下能自发进行。
②某研究小组模拟该反应,温度t下,向容积为10L的密闭容器中通入0.1mol和0.4mol,反应平衡后测得容器中。则的转化率为______ ,反应温度t约为____ ℃。
(3)在相同条件下,与还会发生不利于氧循环的副反应:
,在反应器中按通入反应物在不同温度、不同催化剂条件下,反应进行到2min时,测得反应器中、浓度如表。
若选用催化剂Ⅰ,在350℃条件下反应,0~2min生成的平均反应速率为_____ ;结合表格信息分析,从提高循环系统制氧效率的角度,反应器的最佳反应条件应选择催化剂___________ (填“Ⅰ”或“Ⅱ”)和___________ 。
(4)令代替萨巴蒂尔反应,虽可实现氢、氧元素完全循环利用,但使用一段时间后催化剂的催化效果会明显下降,其原因是___________ 。
(5)“富集装置”可利用电化学法富集空间站内“空气”中的作为萨巴蒂尔反应器的原料气之一,装置如右图。a极为______ 极(填“正”或“负”),b电极上发生的电极反应为___________ 。
(1)已知:电解液态水制备1mol,电解反应的。由此计算的摩尔燃烧焓
(2)已知:萨巴蒂尔反应的平衡常数(K)与反应温度(t)之间的关系如图。
①萨巴蒂尔反应在
②某研究小组模拟该反应,温度t下,向容积为10L的密闭容器中通入0.1mol和0.4mol,反应平衡后测得容器中。则的转化率为
(3)在相同条件下,与还会发生不利于氧循环的副反应:
,在反应器中按通入反应物在不同温度、不同催化剂条件下,反应进行到2min时,测得反应器中、浓度如表。
催化剂 | ||||
催化剂Ⅰ | 10.8 | 12722 | 345.2 | 42780 |
催化剂Ⅱ | 9.2 | 10775 | 34 | 38932 |
(4)令代替萨巴蒂尔反应,虽可实现氢、氧元素完全循环利用,但使用一段时间后催化剂的催化效果会明显下降,其原因是
(5)“富集装置”可利用电化学法富集空间站内“空气”中的作为萨巴蒂尔反应器的原料气之一,装置如右图。a极为
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【推荐2】苯乙烯是生产塑料和合成橡胶的重要有机原料,国内外目前生产苯乙烯的方法主要是乙苯催化脱氢法,反应方程式为:
(1)已知部分物质的燃烧热数据如下表,利用表中数据计算_______ (用a、b、c表示)。
(2)实际生产过程中,通常向乙苯中掺混氮气(不参与反应),保持体系总压为100kPa下进行反应,不同投料比m下乙苯的平衡转化率随反应温度变化关系如图所示。(其中投料比m为原料气中乙苯和的物质的量之比,取值分别为1∶0、1∶1、1∶5、1∶9)
①在乙苯中掺混氮气的目的是_______ 。
②投料比m为1∶0的曲线是_______ (填曲线标号)。
③若一定的投料比,反应温度恒定时,并保持体系总压为常压的条件下进行反应,下列事实能作为该反应达到平衡的依据的是_______ (填字母)。
A.
B.容器内气体密度不再变化
C.容器内苯乙烯与的分子数之比不再变化
D.容器内气体的平均相对分子质量不再变化
(3)近年来,有研究者发现若将上述生产过程中通入改为通入,在气氛中乙苯催化脱氢制苯乙烯更容易进行,反应历程如图:
①该过程中发生反应的化学方程式为_______ 。
②根据反应历程分析,催化剂表面酸碱性对乙苯脱氢反应性能影响较大,如果催化剂表面碱性太强,会降低乙苯的转化率,碱性太强使乙苯转化率降低的原因是_______ (说出一点即可)。
③在600℃下,向恒容密闭容器中充入2mol乙苯和,平衡时乙苯的转化率为50%,且容器内气体总物质的量为5mol,则_______ 。
(1)已知部分物质的燃烧热数据如下表,利用表中数据计算
物质 | 燃烧热 |
乙苯 | |
苯乙烯 | |
氢气 |
(2)实际生产过程中,通常向乙苯中掺混氮气(不参与反应),保持体系总压为100kPa下进行反应,不同投料比m下乙苯的平衡转化率随反应温度变化关系如图所示。(其中投料比m为原料气中乙苯和的物质的量之比,取值分别为1∶0、1∶1、1∶5、1∶9)
①在乙苯中掺混氮气的目的是
②投料比m为1∶0的曲线是
③若一定的投料比,反应温度恒定时,并保持体系总压为常压的条件下进行反应,下列事实能作为该反应达到平衡的依据的是
A.
B.容器内气体密度不再变化
C.容器内苯乙烯与的分子数之比不再变化
D.容器内气体的平均相对分子质量不再变化
(3)近年来,有研究者发现若将上述生产过程中通入改为通入,在气氛中乙苯催化脱氢制苯乙烯更容易进行,反应历程如图:
①该过程中发生反应的化学方程式为
②根据反应历程分析,催化剂表面酸碱性对乙苯脱氢反应性能影响较大,如果催化剂表面碱性太强,会降低乙苯的转化率,碱性太强使乙苯转化率降低的原因是
③在600℃下,向恒容密闭容器中充入2mol乙苯和,平衡时乙苯的转化率为50%,且容器内气体总物质的量为5mol,则
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【推荐3】乙醇是一种清洁替代能源,催化加氢制备乙醇技术是当前的研究热点。
(1)催化加氢制备乙醇的反应为
①若要计算上述反应的,须查阅的两个数据是的燃烧热和__________ ,该反应的__________ (填“>”“<”或“=”)0;
②某金属有机骨架负载的铜基催化剂上,加氢生成的部分反应机理如图所示;过程中两个均参与反应,X的结构式为__________ (填标号)。(2)乙酸甲酯催化加氢制备乙醇主要涉及如下反应:
反应I:
反应Ⅱ:
在其他条件不变时,将的混合气体以一定流速通入装有铜基催化剂的反应管,测得转化率、选择性选择性
随温度的变化如图所示.①铜基催化剂须含合适物质的量之比的与的晶胞如图所示(立方体),晶体的密度可表示为__________ (用含的代数式表示,表示阿伏加德罗常数的值)。②下均有,其原因是__________ ;
③范围内,转化率随温度升高而迅速增大的主要原因是__________ ;
④温度高于时,催化剂的催化活性下降,其原因可能是__________ 。
(3)一定条件下,在密闭容器内通入和发生反应I和Ⅱ,测得下达到平衡时转化率为,乙醇选择性为.时,反应1的平衡常数__________ 。
(1)催化加氢制备乙醇的反应为
①若要计算上述反应的,须查阅的两个数据是的燃烧热和
②某金属有机骨架负载的铜基催化剂上,加氢生成的部分反应机理如图所示;过程中两个均参与反应,X的结构式为
反应I:
反应Ⅱ:
在其他条件不变时,将的混合气体以一定流速通入装有铜基催化剂的反应管,测得转化率、选择性选择性
随温度的变化如图所示.①铜基催化剂须含合适物质的量之比的与的晶胞如图所示(立方体),晶体的密度可表示为
③范围内,转化率随温度升高而迅速增大的主要原因是
④温度高于时,催化剂的催化活性下降,其原因可能是
(3)一定条件下,在密闭容器内通入和发生反应I和Ⅱ,测得下达到平衡时转化率为,乙醇选择性为.时,反应1的平衡常数
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【推荐1】一碳化学以研究处理、利用、、等重要气态物质为主要任务,在建设生态文明和应对能源危机等具有重要意义。
Ⅰ.开发直接催化加氢合成二甲醚技术是很好的一个研究方向。
主反应:
副反应:
(1)一定温度下,将与以体积比1:2置于恒容密闭容器中且只发生主反应,到达平衡后,其他条件不变,以下措施一定能提高平衡转化率的是_______。
(2)催化剂作用下,恒温恒压(250℃、)密闭容器中以充入反应气,反应平衡时测得的转化率为20%,二甲醚的选择性为80%[已知二甲醚的选择性= ×100%,则副反应的_______ (保留三位小数)(提示:平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)。
Ⅱ.以、水蒸气、生石灰为原料可以大规模制取氢气:
水气重整:
水汽变换:
吸附反应:
图1为一定条件下,相同时间内无、微米级参与的制氢反应氢气体积分数%对比曲线图;图2为其他条件不变,相同时间内800℃下不同级别对氢气体积分数的影响柱状图:
(3)下列关于图1的叙述正确的是_______。
(4)根据图1、图2并结合反应的化学方程式,分析使用微米级与纳米级后体积分数不同的重要原因_______ 。
(5)因为普通纳米级在533℃会因烧结而完全丧失吸附性,故图2中的纳米采用的是改性的,在图1中画出未经改性的纳米级参与吸附的450~600℃范围内的氢气体积分数变化曲线_______ 。
Ⅰ.开发直接催化加氢合成二甲醚技术是很好的一个研究方向。
主反应:
副反应:
(1)一定温度下,将与以体积比1:2置于恒容密闭容器中且只发生主反应,到达平衡后,其他条件不变,以下措施一定能提高平衡转化率的是_______。
A.升高温度 | B.使用催化剂 |
C.增大投料比 | D.将恒容容器改为恒压容器 |
Ⅱ.以、水蒸气、生石灰为原料可以大规模制取氢气:
水气重整:
水汽变换:
吸附反应:
图1为一定条件下,相同时间内无、微米级参与的制氢反应氢气体积分数%对比曲线图;图2为其他条件不变,相同时间内800℃下不同级别对氢气体积分数的影响柱状图:
(3)下列关于图1的叙述正确的是_______。
A.图中虚线是有参与的制氢过程 |
B.加生石灰的作用之一是吸收可以使水汽变换限度增大 |
C.吸附反应只是通过系统能量互补,达到降低制氢能耗的目的 |
D.图中实线与虚线随着温度升高会逐渐靠拢,主要原因是高温下水汽变换反应不自发 |
(5)因为普通纳米级在533℃会因烧结而完全丧失吸附性,故图2中的纳米采用的是改性的,在图1中画出未经改性的纳米级参与吸附的450~600℃范围内的氢气体积分数变化曲线
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【推荐2】血红蛋白(Hb)和肌红蛋白(Mb)分别存在于血液和肌肉中,都能与氧气结合,与氧气的结合度a(吸附O2的Hb或Mb的量占总Hb或Mb的量的比值)和氧气分压p(O2)密切相关。请回答下列问题:
(1)人体中的血红蛋白(Hb)能吸附O2、H+,相关反应的热化学方程式及平衡常数如下:
Ⅰ.Hb(aq)+H+(aq) HbH+(aq) ΔH1
Ⅱ.HbH+(aq)+O2(g) HbO2(aq)+H+(aq) ΔH2
Ⅲ.Hb(aq)+O2(g) HbO2(aq) ΔH3
ΔH3 =_______ (用ΔH1、ΔH2表示),K3=_______ (用K1、K2表示)
(2)Hb与氧气的结合能力受到c(H+)的影响,相关反应如下:HbO2(aq)+H+(aq) HbH+(aq)+O2(g)。37 ℃,pH分别为7.2、7.4、7.6时氧气分压p(O2)与达到平衡时Hb与氧气的结合度a的关系如图1所示,pH=7.6时对应的曲线为__________ (填“A”或“B”)。
(3)Mb与氧气结合的反应如下:Mb(aq)+O2(g) MbO2(aq) ΔH,37 ℃时,氧气分压p (O2)与达平衡时Mb与氧气的结合度a的关系如图2所示。
①已知Mb与氧气结合的平衡常数的表达式K=,计算37 ℃时K=_______ kPa-1。
②人正常呼吸时,体温约为37 ℃,氧气分压约为20.00 kPa,计算此时Mb与氧气的最大结合度为_______ (结果保留3位有效数字)。
③经测定,体温升高,Mb与氧气的结合度降低,则该反应的ΔH_______ (填“>”或“<”)0。
④已知37 ℃时,上述反应的正反应速率v(正)=k1·c(Mb)·p(O2),逆反应速率v(逆)=k2·c(MbO2),若k1=120 s-1·kPa-1,则k2=_______ 。
(1)人体中的血红蛋白(Hb)能吸附O2、H+,相关反应的热化学方程式及平衡常数如下:
Ⅰ.Hb(aq)+H+(aq) HbH+(aq) ΔH1
Ⅱ.HbH+(aq)+O2(g) HbO2(aq)+H+(aq) ΔH2
Ⅲ.Hb(aq)+O2(g) HbO2(aq) ΔH3
ΔH3 =
(2)Hb与氧气的结合能力受到c(H+)的影响,相关反应如下:HbO2(aq)+H+(aq) HbH+(aq)+O2(g)。37 ℃,pH分别为7.2、7.4、7.6时氧气分压p(O2)与达到平衡时Hb与氧气的结合度a的关系如图1所示,pH=7.6时对应的曲线为
(3)Mb与氧气结合的反应如下:Mb(aq)+O2(g) MbO2(aq) ΔH,37 ℃时,氧气分压p (O2)与达平衡时Mb与氧气的结合度a的关系如图2所示。
①已知Mb与氧气结合的平衡常数的表达式K=,计算37 ℃时K=
②人正常呼吸时,体温约为37 ℃,氧气分压约为20.00 kPa,计算此时Mb与氧气的最大结合度为
③经测定,体温升高,Mb与氧气的结合度降低,则该反应的ΔH
④已知37 ℃时,上述反应的正反应速率v(正)=k1·c(Mb)·p(O2),逆反应速率v(逆)=k2·c(MbO2),若k1=120 s-1·kPa-1,则k2=
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【推荐3】循环再利用制备甲烷、甲醇等有机燃料,变废为宝历来是化学重要的研究领域。为了减少的排放,可用下列方法把转化成燃料,试回答下列问题:
a.
b.
(1)已知c. ,则___________ ;反应a在___________ (选填“高温”、“低温”或“任意温度”)下,易自发进行。
(2)向刚性容器中充入一定量的和,在不同催化剂(Cat.1,Cat.2)下经相同反应时间,的转化率和甲醇的选择性[甲醇的选择性]随温度的变化如图:
①由图可知,催化效果Cat.1___________ Cat.2(填“>”“<”或“=”)。
②在210~270℃间,的选择性随温度的升高而下降,请写出一条可能原因___________ 。
(3)一定条件下,向刚性容器中充入物质的量之比为1:3的和发生上述反应。
①有利于提高甲醇平衡产率的条件是___________ (填标号)。
A.高温高压 B.低温高压 C.高温低压 D.低温低压
②达到平衡时的转化率为20%,的选择性为75%,则的转化率为___________ ;反应b的压强平衡常数___________ 。(压强平衡常数为用分压表示的化学平衡常数,分压=总压×物质的量分数)
a.
b.
(1)已知c. ,则
(2)向刚性容器中充入一定量的和,在不同催化剂(Cat.1,Cat.2)下经相同反应时间,的转化率和甲醇的选择性[甲醇的选择性]随温度的变化如图:
①由图可知,催化效果Cat.1
②在210~270℃间,的选择性随温度的升高而下降,请写出一条可能原因
(3)一定条件下,向刚性容器中充入物质的量之比为1:3的和发生上述反应。
①有利于提高甲醇平衡产率的条件是
A.高温高压 B.低温高压 C.高温低压 D.低温低压
②达到平衡时的转化率为20%,的选择性为75%,则的转化率为
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【推荐1】开发CO2催化加氢合成二甲醚技术是有效利用CO2资源,实现“碳达峰、碳中和”目标的重要途径。
(1)已知:①CO2(g) + 3H2(g) CH3OH(g)+ H2O(g) ΔH= - 49.01 kJ·mol‑1
②2CH3OH(g)CH3OCH3(g) + H2O(g) ΔH= - 24.52 kJ·mol-1
则CO2催化加氢直接合成二甲醚反应的热化学方程式为_______ 。
(2)CO2催化加氢直接合成二甲醚时还会发生副反应:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) △H =+41.2 kJ ·mol-1,其他条件相同时,反应温度对CO2平衡总转化率及反应2.5小时的CO2实际总转化率影响如图-1所示; 反应温度对二甲醚的平衡选择性及反应2.5小时的二甲醚实际选择性影响如图2所示。(已知: CH3OCH3的选择性=×100% )。
①图-1中,温度高于290℃,CO2平衡总转化率随温度升高而上升的原因可能是_______ 。
②图-2中,在240℃~ 300℃范围内,相同温度下,二甲醚的实际选择性高于其平衡值,从化学反应速率的角度解释原因_______ 。
(3)我国科研团队研究发现使用GaZrOx双金属氧化物可形成氧空位具有催化氧化性能,实现CO2加氢制二甲醚(DME)同时可获得甲醇(MT)。氧空位和Zr3+离子均参与CO2的活化,氧空位用于捕获CO2,同时Zr3+将电子转移给CO2形成激活的CO2分子,随后活化的CO2插入Ga- H键中,从而产生关键中间体表面甲酸盐物种。其反应机理如图-3所示:
Zr基态原子核外电子排布式为[Kr]4d25s2,中间产物c中,元素Zr、Ga 化合价分别为_______ 。
(4)一种二甲醚和CO2直接制备碳酸二甲酯( )的电化学方法如图-4所示: b极的电极反应式为_______ 。
(1)已知:①CO2(g) + 3H2(g) CH3OH(g)+ H2O(g) ΔH= - 49.01 kJ·mol‑1
②2CH3OH(g)CH3OCH3(g) + H2O(g) ΔH= - 24.52 kJ·mol-1
则CO2催化加氢直接合成二甲醚反应的热化学方程式为
(2)CO2催化加氢直接合成二甲醚时还会发生副反应:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) △H =+41.2 kJ ·mol-1,其他条件相同时,反应温度对CO2平衡总转化率及反应2.5小时的CO2实际总转化率影响如图-1所示; 反应温度对二甲醚的平衡选择性及反应2.5小时的二甲醚实际选择性影响如图2所示。(已知: CH3OCH3的选择性=×100% )。
①图-1中,温度高于290℃,CO2平衡总转化率随温度升高而上升的原因可能是
②图-2中,在240℃~ 300℃范围内,相同温度下,二甲醚的实际选择性高于其平衡值,从化学反应速率的角度解释原因
(3)我国科研团队研究发现使用GaZrOx双金属氧化物可形成氧空位具有催化氧化性能,实现CO2加氢制二甲醚(DME)同时可获得甲醇(MT)。氧空位和Zr3+离子均参与CO2的活化,氧空位用于捕获CO2,同时Zr3+将电子转移给CO2形成激活的CO2分子,随后活化的CO2插入Ga- H键中,从而产生关键中间体表面甲酸盐物种。其反应机理如图-3所示:
Zr基态原子核外电子排布式为[Kr]4d25s2,中间产物c中,元素Zr、Ga 化合价分别为
(4)一种二甲醚和CO2直接制备碳酸二甲酯( )的电化学方法如图-4所示: b极的电极反应式为
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解题方法
【推荐2】化学反应速率和限度与生产、生活密切相关。
Ⅰ.用纯净的锌粒与稀盐酸反应制取氢气,请回答:
(1)实验过程如图所示,分析判断_______ 段化学反应速率最快(答“O~E”、“E~F”或“F~G”)。
(2)将锌粒投入盛有稀盐酸的烧杯中,刚开始时产生的速率逐渐加快,其原因是_______ 。
Ⅱ.一定温度下,在体积为0.5L的恒容密闭容器中,和之间发生反应:,反应过程中各物质的物质的量与时间的关系如图所示。回答下列问题:
(3)曲线_______ (填“X”或“Y”)表示的物质的量随时间的变化曲线。
(4)在内,用表示的反应速率为_______ 。
(5)若在一绝热(不与外界发生热交换)容器中加入一定量,反应一段时间后,混合气体温度升高,说明的能量比的能量_______ (填“高”或“低)。
(6)下列叙述能说明该反应已达到化学平衡状态的是_______ (填标号)。
A.容器内压强不再发生变化
B.混合气体的密度不变
C.混合气体的平均相对分子质量不变
D.
E.相同时间内消耗nmol的Y的同时消耗2nmol的X
(7)氮氧化物是重要的大气污染物,如图是监测NO含量的传感器工作原理示意图。NiO电极为_______ 极(填“正”或“负”)。
Ⅰ.用纯净的锌粒与稀盐酸反应制取氢气,请回答:
(1)实验过程如图所示,分析判断
(2)将锌粒投入盛有稀盐酸的烧杯中,刚开始时产生的速率逐渐加快,其原因是
Ⅱ.一定温度下,在体积为0.5L的恒容密闭容器中,和之间发生反应:,反应过程中各物质的物质的量与时间的关系如图所示。回答下列问题:
(3)曲线
(4)在内,用表示的反应速率为
(5)若在一绝热(不与外界发生热交换)容器中加入一定量,反应一段时间后,混合气体温度升高,说明的能量比的能量
(6)下列叙述能说明该反应已达到化学平衡状态的是
A.容器内压强不再发生变化
B.混合气体的密度不变
C.混合气体的平均相对分子质量不变
D.
E.相同时间内消耗nmol的Y的同时消耗2nmol的X
(7)氮氧化物是重要的大气污染物,如图是监测NO含量的传感器工作原理示意图。NiO电极为
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(0.4)
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【推荐3】中国政府承诺,到2020年,单位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%-50%。减少CO2排放是一项重要课题。
(1)以CO2为原料抽取碳(C)的太阳能工艺如右图所示。
①过程1中每生成1mol FeO转移电子数为____________ 。
②过程2中发生反应的化学方程式为________________________________ 。
(2)CO2在新型钴基电催化剂作用下,转化为清洁燃料——甲酸。其工作原理如下图所示,写出生成甲酸的电极反应式:____________ 。
(3)航天员呼吸产生的CO2用下列反应处理,可实现空间站中O2的循环利用。
Sabatier反应:CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)
水电解反应:2H2O(l)2H2(g)+O2(g)
将原料气按n(CO2)∶n(H2)=1∶4 置于密闭容器中发生Sabatier反应,测得H2O(g)的物质的量分数与温度的关系如下图所示(虚线表示平衡曲线)。
①温度过高或过低均不利于该反应的进行,原因是____________________________________ 。
②200℃达到平衡时体系的总压强为p,该反应平衡常数的计算式为________________ (不必化简,用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)
(4)一种新的循环利用方案是用Bosch反应CO2(g)+2H2(g)C(s)+2H2O(g)代替Sabatier反应。
①已知CO2(g)、H2O(g)的生成焓分别为-394 kJ·mol-l、-242 kJ·mol-l,Bosch反应的ΔH=__________ kJ·mol-l。(生成焓指一定条件下由对应单质生成1mol 化合物时的反应热)
②一定条件下Bosch反应必须在高温下才能启动,原因是______________________________ 。
③新方案的优点是_________________________ 。
(1)以CO2为原料抽取碳(C)的太阳能工艺如右图所示。
①过程1中每生成1mol FeO转移电子数为
②过程2中发生反应的化学方程式为
(2)CO2在新型钴基电催化剂作用下,转化为清洁燃料——甲酸。其工作原理如下图所示,写出生成甲酸的电极反应式:
(3)航天员呼吸产生的CO2用下列反应处理,可实现空间站中O2的循环利用。
Sabatier反应:CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)
水电解反应:2H2O(l)2H2(g)+O2(g)
将原料气按n(CO2)∶n(H2)=1∶4 置于密闭容器中发生Sabatier反应,测得H2O(g)的物质的量分数与温度的关系如下图所示(虚线表示平衡曲线)。
①温度过高或过低均不利于该反应的进行,原因是
②200℃达到平衡时体系的总压强为p,该反应平衡常数的计算式为
(4)一种新的循环利用方案是用Bosch反应CO2(g)+2H2(g)C(s)+2H2O(g)代替Sabatier反应。
①已知CO2(g)、H2O(g)的生成焓分别为-394 kJ·mol-l、-242 kJ·mol-l,Bosch反应的ΔH=
②一定条件下Bosch反应必须在高温下才能启动,原因是
③新方案的优点是
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(0.4)
解题方法
【推荐1】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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【推荐2】“绿水青山就是金山银山”。近年来,绿色发展、生态保护成为中国展示给世界的一张新“名片”。汽车尾气是造成大气污染的重要原因之一,减少氢的氧化物在大气中的排放是环境保护的重要内容之一。请回答下列问题:
(1)已知:
若某反应的平衡常数表达式为,则此反应的热化学方程式为___________ 。
(2)在一定条件下可发生分解反应:,某温度下向恒容密闭容器中加入一定量,测得浓度随时间的变化如表:
①反应开始时体系压强为,第2min时体系压强为,则___________ 。2~5min内用表示的该反应的平均反应速率为___________ 。
②一定温度下,在恒容密闭容器中充入一定量进行该反应,能判断反应已达到化学平衡状态的是___________ (填字母)。
a.和的浓度比保持不变 b.容器中压强不再变化
c. d.气体的密度保持不变
(3)一定温度下,将2mol CO、4mol NO充入一恒压密闭容器发生反应,已知起始压强为11MPa,达到平衡时,测得的物质的量为0.5mol,则该温度下用平衡分压表示的平衡常数___________ (分压=总压×物质的量分数)
(1)已知:
若某反应的平衡常数表达式为,则此反应的热化学方程式为
(2)在一定条件下可发生分解反应:,某温度下向恒容密闭容器中加入一定量,测得浓度随时间的变化如表:
t/min | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
1.00 | 0.71 | 0.50 | 0.35 | 0.25 | 0.17 |
②一定温度下,在恒容密闭容器中充入一定量进行该反应,能判断反应已达到化学平衡状态的是
a.和的浓度比保持不变 b.容器中压强不再变化
c. d.气体的密度保持不变
(3)一定温度下,将2mol CO、4mol NO充入一恒压密闭容器发生反应,已知起始压强为11MPa,达到平衡时,测得的物质的量为0.5mol,则该温度下用平衡分压表示的平衡常数
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【推荐3】氢气是一种理想的绿色能源。利用生物质发酵得到的乙醇制取氢气,具有良好的应用前景。乙醇和水蒸气重整制氢的部分反应过程如下图所示:
已知:反应Ⅰ和反应Ⅱ的平衡常数随温度变化曲线如图所示。
(1)反应Ⅰ中,参与反应后的热量变化是。
①反应Ⅰ的热化学方程式是___________ 。
②反应Ⅰ在较高温度下能够自发进行的原因是___________ 。
③已知绝热恒压下,下列说法能够判断反应Ⅰ达到化学平衡状态的是___________ (填字母)。
A的含量保持不变 B.容器中压强保持不变
C. D.体系的温度保持不变
(2)反应Ⅱ中
①某温度下,已知和的起始浓度总和为,且的投料比下,的平衡转化率为40%,该温度下反应平衡常数的值为___________ 。
②当不同的进气比[达到相同的平衡转化率时,对应的反应温度和进气比的关系是___________ 。
(3)我国科学家设计了一种电解装置如图所示,能将二氧化碳转化成合成气和,同时获得甘油醛。a极接电源的___________ 极;若阴离子交换膜只允许离子通过,当有通过时,理论上可制得甘油醛___________ g。
已知:反应Ⅰ和反应Ⅱ的平衡常数随温度变化曲线如图所示。
(1)反应Ⅰ中,参与反应后的热量变化是。
①反应Ⅰ的热化学方程式是
②反应Ⅰ在较高温度下能够自发进行的原因是
③已知绝热恒压下,下列说法能够判断反应Ⅰ达到化学平衡状态的是
A的含量保持不变 B.容器中压强保持不变
C. D.体系的温度保持不变
(2)反应Ⅱ中
①某温度下,已知和的起始浓度总和为,且的投料比下,的平衡转化率为40%,该温度下反应平衡常数的值为
②当不同的进气比[达到相同的平衡转化率时,对应的反应温度和进气比的关系是
(3)我国科学家设计了一种电解装置如图所示,能将二氧化碳转化成合成气和,同时获得甘油醛。a极接电源的
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