化学链燃烧是利用载氧体将空气中的氧传输至燃料的新技术。基于载氧体的丙烷化学链燃烧技术原理如图所示。
空气反应器与燃料反应器中发生的反应分别如下:
反应1:
反应2:
反应3:
请回答下列问题:
(1)反应1在___________ (填“高温”、“低温”或“任意温度”)下能自发。
(2)反应2的平衡常数表达式___________ ,___________ 。
(3)一定温度下,在容积可变的密闭容器中加入足量和适量的发生反应1,达到平衡时测得气体压强为。
①温度不变,将容器体积扩大至原来的2倍且不再改变,达到新的平衡时,气体压强___________ 。
②当的质量不变时,___________ (填“能”或“不能”)说明该反应达到平衡状态。
③若达到平衡之后,保持恒温恒容条件下再充入少量,平衡___________ (填“向正反应方向”、“向逆反应方向”或“不”)移动,达到新平衡之后,的平衡转化率___________ (填“增大”、“减小”或“不变”)。
(4)在一定温度下,总压强恒定为,在密闭容器中加入丙烷和氨气的混合气体以及足量,只发生上述反应2(氨气不参与反应),测得丙烷的平衡转化率与投料比的关系如图所示。随着投料比增大,的平衡转化率减小的原因是___________ 。
空气反应器与燃料反应器中发生的反应分别如下:
反应1:
反应2:
反应3:
请回答下列问题:
(1)反应1在
(2)反应2的平衡常数表达式
(3)一定温度下,在容积可变的密闭容器中加入足量和适量的发生反应1,达到平衡时测得气体压强为。
①温度不变,将容器体积扩大至原来的2倍且不再改变,达到新的平衡时,气体压强
②当的质量不变时,
③若达到平衡之后,保持恒温恒容条件下再充入少量,平衡
(4)在一定温度下,总压强恒定为,在密闭容器中加入丙烷和氨气的混合气体以及足量,只发生上述反应2(氨气不参与反应),测得丙烷的平衡转化率与投料比的关系如图所示。随着投料比增大,的平衡转化率减小的原因是
更新时间:2022-05-09 08:55:56
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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】对的资源化利用是人类常期研究的课题。
(1)1902年,首次报道了的甲烷化。
①已知:I.
Ⅱ.
甲烷化反应Ⅲ.的___________ ,平衡常数___________ (用表示)。
②加氢合成甲烷时,通常控制温度为500℃左右,其原因不可能为___________ 。
A.反应速率快 B.平衡转化率高 C.催化剂活性高 D.主反应催化剂选择性好
(2)负载金属催化甲烷化可能存在的两种反应机理如图所示。
①上述两种不同机理发生机制的关键为:和在催化剂表面不同活性位点吸附、活化形成中间体。若发生机理①,则吸附在___________ 上。
②机理①和②都会产生中间体。其产生的原因可能是___________ 或吸附在载体的原子表面的(衍生物中间体)甲酸盐解离产生。
③中间体Ⅱ转化为中间体Ⅲ的过程可用反应式表示为___________ 。
(3)利用介孔限域催化温室气体加氢制甲醇,是解决能源问题与实现双碳目标的主要技术之一,主反应如下:。
①此反应在___________ (填“高温”、“低温”或“任何温度”)下能自发进行。
②我国学者研究发现,在单原子催化时,该反应的历程为:
第一步
第二步
第三步
中间体与物质的量之比随时间变化如下图:
回答下列问题:
i.基态铜原子价层电子轨道表达式:___________ 。
ii.反应历程中,第___________ 步反应的活化能最高,是反应的决速步聚,判断的理由是___________ 。
(1)1902年,首次报道了的甲烷化。
①已知:I.
Ⅱ.
甲烷化反应Ⅲ.的
②加氢合成甲烷时,通常控制温度为500℃左右,其原因不可能为
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②机理①和②都会产生中间体。其产生的原因可能是
③中间体Ⅱ转化为中间体Ⅲ的过程可用反应式表示为
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①此反应在
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第一步
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回答下列问题:
i.基态铜原子价层电子轨道表达式:
ii.反应历程中,第
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【推荐2】大气中NOx、SO2等污染物的有效去除和资源的充分利用是当今社会的重要研究课题,目前采用的方法如下:
I.直接转化法:利用高效催化剂将汽车尾气直接转化为无毒物质。
已知:N2(g)+O2(g)=2NO(g)△H1=+180kJ·mol-1
(1)利用固体表面催化工艺将NO分解为N2、O2而消除污染。
用分别表示N2、NO、O2和固体催化剂,在固体催化剂表面分解NO的过程如图所示。从吸附到解吸的过程中,能量状态最低的是________________________ (填字母序号)。
(2)利用稀土等催化剂能将汽车尾气中的CO、NO直接转化成无毒物质N2、CO2。
①已知:C(s)、CO(g)的燃烧热分别为393kJ·mol-1、283kJ·mol-1,写出NO(g)与CO(g)催化转化成N2(g)和CO2(g)的热化学方程式________________________ 。
②为研究上述反应,某学习小组在密闭容器中充入10molCO和10molNO,发生上述①所写反应,实验测得平衡时NO的体积分数随温度、压强的关系如图。
a.某温度下的平衡状态D点,若同时采取缩小容器体积和降低温度,重新达到平衡状态时,可能到达图中A~G点中的________________________ 点。
b.当压强为10MPa、温度为T时的平衡常数Kp=________________________ (用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数;保留3位有效数字)。
II.催化还原法:利用还原剂在催化剂的作用下将氮氧化物转为无毒物质N2、CO2。
(3)用活性炭还原法可以处理汽车尾气中的氮氧化物。
某研究小组在2L的恒容密闭容器中加入一定量的NO和足量的固体活性炭,发生反应:C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g)。在不同温度下测得平衡体系中各物质的物质的量如表:
①该反应的正反应为________________________ (填“吸热”或“放热”)反应。
②350℃时,反应达到平衡后向恒容容器中再充入0.100molNO,再次达到平衡后,N2的体积分数应为________________________ 。
A.0.5B.0.25C.介于0.25和0.5之间D.无法确定
III.电解法:利用电解的方法将氨氧化物转化为有用物质,从而达到资源的回收利用。
(4)如图所示的电解装置,可将雾霾中的NO2、SO2转化为硫酸铵,从而实现废气的回收再利用,回答下列问题:
①阴极的电极反应式为________________________ 。
②上图中A物质是________________________ 。
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已知:N2(g)+O2(g)=2NO(g)△H1=+180kJ·mol-1
(1)利用固体表面催化工艺将NO分解为N2、O2而消除污染。
用分别表示N2、NO、O2和固体催化剂,在固体催化剂表面分解NO的过程如图所示。从吸附到解吸的过程中,能量状态最低的是
(2)利用稀土等催化剂能将汽车尾气中的CO、NO直接转化成无毒物质N2、CO2。
①已知:C(s)、CO(g)的燃烧热分别为393kJ·mol-1、283kJ·mol-1,写出NO(g)与CO(g)催化转化成N2(g)和CO2(g)的热化学方程式
②为研究上述反应,某学习小组在密闭容器中充入10molCO和10molNO,发生上述①所写反应,实验测得平衡时NO的体积分数随温度、压强的关系如图。
a.某温度下的平衡状态D点,若同时采取缩小容器体积和降低温度,重新达到平衡状态时,可能到达图中A~G点中的
b.当压强为10MPa、温度为T时的平衡常数Kp=
II.催化还原法:利用还原剂在催化剂的作用下将氮氧化物转为无毒物质N2、CO2。
(3)用活性炭还原法可以处理汽车尾气中的氮氧化物。
某研究小组在2L的恒容密闭容器中加入一定量的NO和足量的固体活性炭,发生反应:C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g)。在不同温度下测得平衡体系中各物质的物质的量如表:
T/℃ | m(固体活性炭) | n(NO)/mol | n(N2)/mol | n(CO2)/mol |
200 | 2.000 | 0.040 | 0.030 | 0.030 |
350 | 2.005 | 0.050 | 0.025 | 0.025 |
①该反应的正反应为
②350℃时,反应达到平衡后向恒容容器中再充入0.100molNO,再次达到平衡后,N2的体积分数应为
A.0.5B.0.25C.介于0.25和0.5之间D.无法确定
III.电解法:利用电解的方法将氨氧化物转化为有用物质,从而达到资源的回收利用。
(4)如图所示的电解装置,可将雾霾中的NO2、SO2转化为硫酸铵,从而实现废气的回收再利用,回答下列问题:
①阴极的电极反应式为
②上图中A物质是
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【推荐3】燃煤废气中的转化为二甲醚的反应原理为 。一定条件下,向两个体积分别为2L和1.5L的恒容密闭容器甲和乙中分别都充入a和3a的混合气体,发生上述反应。
请回答下列问题:
(1)容器甲中,在不同催化剂作用下,相同时间内的转化率随温度的变化如图所示,则K下催化剂Ⅰ的活化能___________ 催化剂Ⅱ的活化能(填“>”或“<”),K后升高温度,的转化率降低的原因可能是______________________ (填一条)。
(2)N点:___________ (填“>”“<”或“=”),若K对应的P点处于化学平衡状态,则K对应的平衡常数___________ (用含a的计算式表示),若同等外界条件下容器甲和容器乙都达到化学平衡状态,容器___________ 中的转化率更大(填“甲”或“乙”)。
(3)在制二甲醚的过程中发现,容器中除了生成外,还含有、等,产生的反应Ⅰ的热化学方程式为 ,产生的反应Ⅱ的热化学方程式为 ,能发生反应Ⅲ: ,若一定条件下,向2L恒容密闭容器丙中充入2和6的混合气体,的平衡转化率及、、的平衡体积分数随温度的变化如图所示。
图中X曲线表示___________ (填名称)平衡体积分数随温度的变化,经测量某温度下平衡时、、的物质的量分别为0.1、0.1、0.2,的平衡转化率为___________ ,该温度下反应Ⅱ的平衡常数___________ (列出计算式即可)。
请回答下列问题:
(1)容器甲中,在不同催化剂作用下,相同时间内的转化率随温度的变化如图所示,则K下催化剂Ⅰ的活化能
(2)N点:
(3)在制二甲醚的过程中发现,容器中除了生成外,还含有、等,产生的反应Ⅰ的热化学方程式为 ,产生的反应Ⅱ的热化学方程式为 ,能发生反应Ⅲ: ,若一定条件下,向2L恒容密闭容器丙中充入2和6的混合气体,的平衡转化率及、、的平衡体积分数随温度的变化如图所示。
图中X曲线表示
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解题方法
【推荐1】将清洁转化为高附加值化学品以实现资源利用是“碳中和”研究的热点。
I.利用合成甲醇
在的加氢反应器中,主要反应有:
反应i:
反应ii:
反应iii:
(1)反应ⅲ的焓变___________ ;反应iii能自发进行的温度条件是___________ (填“高温”或“低温”或“任何温度”)。
(2)该反应条件下,同时存在副反应ⅳ:。已知:的沸点为,的沸点为。反应进行一段时间后间歇降到室温,可提高甲醇的产率,结合反应iii、iv,解释可能的原因___________ 。
II.利用和甲醇合成碳酸二甲酯
反应v:
(3)在不同的温度、压强下,一定反应时间内,测定反应ⅴ中甲醇的转化率。甲醇转化率与温度的关系为图a,与压强的关系为图b(曲线未画出)。
①根据图a判断,反应ⅴ的___________ 0(填“>”或“<”)。
②在之间,随着温度升高,甲醇转化率增大的原因可能是___________ 。
③在图b中绘制出甲醇转化率与压强的关系曲线___________ (表示出变化趋势即可)。
I.利用合成甲醇
在的加氢反应器中,主要反应有:
反应i:
反应ii:
反应iii:
(1)反应ⅲ的焓变
(2)该反应条件下,同时存在副反应ⅳ:。已知:的沸点为,的沸点为。反应进行一段时间后间歇降到室温,可提高甲醇的产率,结合反应iii、iv,解释可能的原因
II.利用和甲醇合成碳酸二甲酯
反应v:
(3)在不同的温度、压强下,一定反应时间内,测定反应ⅴ中甲醇的转化率。甲醇转化率与温度的关系为图a,与压强的关系为图b(曲线未画出)。
①根据图a判断,反应ⅴ的
②在之间,随着温度升高,甲醇转化率增大的原因可能是
③在图b中绘制出甲醇转化率与压强的关系曲线
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【推荐2】可作大型船舶的绿色燃料,可由CO或制备。工业上用制备的原理如下:
反应1:
反应2: (副反应)
(1),该反应的___________ 。
(2)将和按通入密闭容器中发生反应1和反应2,分别在、、下改变反应温度,测得的平衡转化率()以及生成、CO选择性(S)的变化如图(选择性为目标产物在总产物中的比率)。①代表下随温度变化趋势的是曲线___________ (填“a”“b”或“c”)。
②随着温度升高,a、b、c三条曲线接近重合的原因是___________ 。
③P点对应的反应2的平衡常数___________ (保留两位有效数字)。
④分子筛膜反应器可提高反应1的平衡转化率、且实现选择性100%,原理如图所示。分子筛膜反应器可提高转化率的原因是___________ 。
①电极a为电源的___________ (填“正极”或“负极”)。
②生成的电极反应式为___________ 。
③若反应2也同时发生,出口Ⅱ为CO、、的混合气,且,则惰性电极2的电流效率为___________ (×100%)。
反应1:
反应2: (副反应)
(1),该反应的
(2)将和按通入密闭容器中发生反应1和反应2,分别在、、下改变反应温度,测得的平衡转化率()以及生成、CO选择性(S)的变化如图(选择性为目标产物在总产物中的比率)。①代表下随温度变化趋势的是曲线
②随着温度升高,a、b、c三条曲线接近重合的原因是
③P点对应的反应2的平衡常数
④分子筛膜反应器可提高反应1的平衡转化率、且实现选择性100%,原理如图所示。分子筛膜反应器可提高转化率的原因是
(3)最近,中科院研究出首例在室温条件超快传输的氢负离子导体,将带来系列技术变革。某小组据此设计了如下装置(如图),以电化学方法进行反应1。
①电极a为电源的
②生成的电极反应式为
③若反应2也同时发生,出口Ⅱ为CO、、的混合气,且,则惰性电极2的电流效率为
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【推荐3】溴代烷的制备,常规工艺分“氧化”和“溴化”两个过程,通常以在合适温度下催化氧化制备(溴易液化,注意控制温度和压强)。再利用完成溴代过程来制备:新工艺是将烷烃、和混合,直按催化“氧化溴化”得到溴代烷。回答下列问题:
(1)已知:TK时,部分物质的相对能量如下表:
此温度下,在恒容密闭容器中充入和发生“氧化”,测得反应物的平衡转化率为60%。若保持其他条件不变,改为绝热状态,平衡时测得放出热量为,则下列关系正确的是___________(填标号)。
(2)“溴化”时容器体积可变,在温度为TK时,向容器中投入初始浓度均为的和,发生反应:。保持温度不变,压缩容器体积,测得不同容积下的平衡浓度如下表:
当容器体积从缩小到时,测得此时容器内仅有四种气态组分,平衡___________ 移动(填“正向”“逆向”或“不”),m=___________ ;容器体积缩小到时,平衡___________ 移动(填“正向”“逆向”或“不”)。
(3)新工艺中,“氧化溴化“反应:,反应起始物料、、分别为、、时,在不同条件下达到平衡,设体系中的物质的量分数为,在T为下的、在p为下的如图所示。a点对应的压强为___________ ;b点对应的反应条件为___________ ,此时___________ (保留三位有效数字)。
(1)已知:TK时,部分物质的相对能量如下表:
物质 | ||||
相对能量 | x | y | z | w |
A. | B. |
C. | D. |
容器体积 | |||
m | 0.09 | 0.25 |
(3)新工艺中,“氧化溴化“反应:,反应起始物料、、分别为、、时,在不同条件下达到平衡,设体系中的物质的量分数为,在T为下的、在p为下的如图所示。a点对应的压强为
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【推荐1】废气中的含氮氧化物是主要的大气污染物,因此脱出废气中的含氮氧化物对于保护大气环境具有重要的意义。
(1)汽车的大量使用是城市大气中含氮氧化物的主要来源。
①汽车燃油中一般不含有氮元素,汽车尾气中的NO是如何产生的?___________ (用化学方程式表示)。
②NO易被O2氧化为NO2。其他条件不变时,NO的氧化率[α(NO)%]与温度、压强的关系如图所示。则p1________ p2(填“>”、“<”或“=”);温度高于800℃时,α(NO)几乎为0的原因是_____ 。
(2)利用氨气脱除NO是大气污染防治研究的热点,过程中涉及的反应为:
主反应:4NH3(g)+4NO(g)+O2(g)4N2(g)+6H2O(g)
副反应:
①4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g) ΔH=-905.5kJ/mol
②4NH3(g)+4O2(g)2N2O(g)+6H2O(g) ΔH=-1104.9kJ/mol
③4NH3(g)+3O2(g)2N2(g)+6H2O(g) ΔH=-1269.0kJ/mol
回答下列问题:
主反应的ΔH为____________________ ;保持其它条件相同,使用两种不同的催化剂,主反应NO的转化率与温度关系如图所示,选用催化剂I的优势有_________________ (写出一点即可);R点对应的温度为210℃,低于210℃,NO的转化率是不是对应温度下的平衡转化率,请作出判断并写出理由__________________ 。
(3)碱液吸收法:用Na2CO3溶液吸收NO2生成CO2.若每4.6gNO2和Na2CO3溶液反应时转移电子数为0.05mol,则反应的离子方程式是__________ 。
(4)常温下,在通入O2的条件下用0.1mol/L的NaOH溶液吸收NO,产物为NaNO3 和NaNO2。已知反应后溶液的pH=12,溶液中NO2-浓度为5.6×10-2mol/L(忽略反应过程中溶液体积变化,HNO2的电离平衡常数Ka=5.1×10-4),则:
①=________ mol/L
②反应后溶液中NO3-的浓度约为___________ mol/L
③某溶液中c(NO2-)=1.0×10-6mol/L,取该溶液5mL,加入一滴0.1mol/L硝酸银溶液(一滴为0.05mL),通过计算说明能否产生沉淀______________ 。【Ksp(AgNO2)=2×10-8】
(1)汽车的大量使用是城市大气中含氮氧化物的主要来源。
①汽车燃油中一般不含有氮元素,汽车尾气中的NO是如何产生的?
②NO易被O2氧化为NO2。其他条件不变时,NO的氧化率[α(NO)%]与温度、压强的关系如图所示。则p1
(2)利用氨气脱除NO是大气污染防治研究的热点,过程中涉及的反应为:
主反应:4NH3(g)+4NO(g)+O2(g)4N2(g)+6H2O(g)
副反应:
①4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g) ΔH=-905.5kJ/mol
②4NH3(g)+4O2(g)2N2O(g)+6H2O(g) ΔH=-1104.9kJ/mol
③4NH3(g)+3O2(g)2N2(g)+6H2O(g) ΔH=-1269.0kJ/mol
回答下列问题:
主反应的ΔH为
(3)碱液吸收法:用Na2CO3溶液吸收NO2生成CO2.若每4.6gNO2和Na2CO3溶液反应时转移电子数为0.05mol,则反应的离子方程式是
(4)常温下,在通入O2的条件下用0.1mol/L的NaOH溶液吸收NO,产物为NaNO3 和NaNO2。已知反应后溶液的pH=12,溶液中NO2-浓度为5.6×10-2mol/L(忽略反应过程中溶液体积变化,HNO2的电离平衡常数Ka=5.1×10-4),则:
①=
②反应后溶液中NO3-的浓度约为
③某溶液中c(NO2-)=1.0×10-6mol/L,取该溶液5mL,加入一滴0.1mol/L硝酸银溶液(一滴为0.05mL),通过计算说明能否产生沉淀
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(0.4)
解题方法
【推荐2】处理烟气中SO2常采用的方法有CO还原法和碱液吸收法。
Ⅰ.CO还原法:SO2(g)+2CO(g) S(l)+2CO2(g) ΔH
已知:CO的燃烧热ΔH1=-283 kJ·mol-1;液态硫(S)的燃烧热ΔH2=-529 kJ·mol-1
(1)ΔH=___________ ;若其它条件不变,使用催化剂加快该反应速率,正、逆反应的活化能___________ (填“增大”“减小”或“不变”,下同),反应的焓变___________ 。
(2)一定压强下,发生反应2CO(g)+SO2(g) S(l)+2CO2(g),平衡时SO2的转化率α(SO2)与投料比的比值[ =y]、温度T的关系如图所示。比较平衡时,CO的转化率α(CO):N___________ M(填“>”“<”或“=”,下同),逆反应速率:N___________ P。
(3)某温度下,向恒容密闭容器中充入2 mol CO和1 mol SO2,发生反应2CO(g)+SO2(g) S(l)+2CO2(g),达到平衡后,测得混合气体中CO2的物质的量为1.2 mol,容器压强为P0.则该温度下用压强表示的平衡常数KP=___________ 。
Ⅱ.碱液吸收法
已知25 ℃时,有关物质的电离常数或溶度积常数如下表所示:
先用氨水吸收SO2,并在空气中氧化;再加入石灰水,发生反应Ca2++2OH-+2NH+SOCaSO4↓+2NH3·H2O,该反应的平衡常数为K。
(4)若氨水吸收SO2恰好生成(NH4)2SO3溶液,则溶液中离子浓度由大到小的顺序为___________ 。
(5)计算加石灰水发生反应的平衡常数K=___________ (结果保留2个有效数字)。
Ⅰ.CO还原法:SO2(g)+2CO(g) S(l)+2CO2(g) ΔH
已知:CO的燃烧热ΔH1=-283 kJ·mol-1;液态硫(S)的燃烧热ΔH2=-529 kJ·mol-1
(1)ΔH=
(2)一定压强下,发生反应2CO(g)+SO2(g) S(l)+2CO2(g),平衡时SO2的转化率α(SO2)与投料比的比值[ =y]、温度T的关系如图所示。比较平衡时,CO的转化率α(CO):N
(3)某温度下,向恒容密闭容器中充入2 mol CO和1 mol SO2,发生反应2CO(g)+SO2(g) S(l)+2CO2(g),达到平衡后,测得混合气体中CO2的物质的量为1.2 mol,容器压强为P0.则该温度下用压强表示的平衡常数KP=
Ⅱ.碱液吸收法
已知25 ℃时,有关物质的电离常数或溶度积常数如下表所示:
NH3·H2O | H2SO3 | CaSO4 | |
Kb=1.8×10-5 | Ka1=1.5×10-2 | Ka2=1.0×10-7 | Ksp=7.1×10-5 |
(4)若氨水吸收SO2恰好生成(NH4)2SO3溶液,则溶液中离子浓度由大到小的顺序为
(5)计算加石灰水发生反应的平衡常数K=
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解题方法
【推荐3】加氢可转化为高附加值的、、等产物。加氢过程,主要发生的三个竞争反应为:
反应Ⅰ:
反应Ⅱ:
反应Ⅲ:
回答下列问题:
(1)①由、合成甲醇的热化学方程式为________________ 。
②一定条件下,往恒容密闭容器中充入和,在不同催化剂作用下合成甲醇,相同时间内的转化率随温度变化如下图所示,其中活化能最高的反应所用的催化剂是______ (填“A”、“B”或“C”)。
③在某催化剂作用下,和除发生反应Ⅰ外,还发生反应Ⅲ。维持压强不变,按固定初始投料比将和按一定流速通过该催化剂,经过相同时间测得实验数据:
注:甲醇的选择性是指发生反应的中转化为甲醇的百分比。
表中数据说明,升高温度,的实际转化率提高而甲醇的选择性降低,其原因是______________ 。
(2)我国科学家研究了不同反应温度对含碳产物组成的影响。在反应器中按通入和,分别在和下进行反应。试验中温度对平衡组成(、、)中的和的影响如下图所示(该反应条件下甲醇产量极低,因此忽略“反应Ⅰ”)。
①时,表示和平衡组成随温度变化关系的曲线分别是__________ 、_____________ 。M点平衡组成含量高于N点的原因是________ 。
②当和平衡组成为40%时,该温度下反应Ⅲ的平衡常数为___________ 。
反应Ⅰ:
反应Ⅱ:
反应Ⅲ:
回答下列问题:
(1)①由、合成甲醇的热化学方程式为
②一定条件下,往恒容密闭容器中充入和,在不同催化剂作用下合成甲醇,相同时间内的转化率随温度变化如下图所示,其中活化能最高的反应所用的催化剂是
③在某催化剂作用下,和除发生反应Ⅰ外,还发生反应Ⅲ。维持压强不变,按固定初始投料比将和按一定流速通过该催化剂,经过相同时间测得实验数据:
实际转化率(%) | 甲醇选择性(%) | |
543 | 12.3 | 42.3 |
553 | 15.3 | 39.1 |
注:甲醇的选择性是指发生反应的中转化为甲醇的百分比。
表中数据说明,升高温度,的实际转化率提高而甲醇的选择性降低,其原因是
(2)我国科学家研究了不同反应温度对含碳产物组成的影响。在反应器中按通入和,分别在和下进行反应。试验中温度对平衡组成(、、)中的和的影响如下图所示(该反应条件下甲醇产量极低,因此忽略“反应Ⅰ”)。
①时,表示和平衡组成随温度变化关系的曲线分别是
②当和平衡组成为40%时,该温度下反应Ⅲ的平衡常数为
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【推荐1】研究、在一定条件下与催化合成等有机化工产品,对落实“双碳目标”具有重要的意义。在一定条件下、与可发生如下反应:
反应I:
反应II:
反应III:
回答下列问题:
(1)反应II自发的条件是_______ (填“高温自发”、“低温自发”或“任何温度下都自发”),反应III正、逆反应的活化能分别为、,则_______ (填“>”、“<”或“=”)。
(2)某温度下,向一刚性容器中加入等物质的量和,发生反应III,测得和物质的量浓度随时间的变化如图所示。
①下列说法正确的是_______ 。
a.a点时
b.60min内
c.相同条件下,减小CO浓度,增大
d.平衡后,向容器中继续加入和,重新达到平衡,转化率不变
②已知,其中、分别为正、逆反应速率常数。a点时,_______ 。
③70min时,升高温度,转化率_______ (填“增大”、“减小”或“不变”),原因是_______ 。
(3)在密闭反应器中通入和,分别在1MPa和5MPa下进行反应II和反应III。其和在含碳物质中的平衡组成(如的平衡组成为)受温度的影响如图所示:
①5MPa时,表示和平衡组成的曲线分别是_______ 、_______ (填“a”、“b”、“c”或“d”)。
②当和平衡组成均为30%时,的平衡转化率为_______ ,该温度下反应III的平衡常数为_______ (用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)。
反应I:
反应II:
反应III:
回答下列问题:
(1)反应II自发的条件是
(2)某温度下,向一刚性容器中加入等物质的量和,发生反应III,测得和物质的量浓度随时间的变化如图所示。
①下列说法正确的是
a.a点时
b.60min内
c.相同条件下,减小CO浓度,增大
d.平衡后,向容器中继续加入和,重新达到平衡,转化率不变
②已知,其中、分别为正、逆反应速率常数。a点时,
③70min时,升高温度,转化率
(3)在密闭反应器中通入和,分别在1MPa和5MPa下进行反应II和反应III。其和在含碳物质中的平衡组成(如的平衡组成为)受温度的影响如图所示:
①5MPa时,表示和平衡组成的曲线分别是
②当和平衡组成均为30%时,的平衡转化率为
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解答题-原理综合题
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较难
(0.4)
解题方法
【推荐2】CO2的资源化利用是实现碳中和的重要途径。
Ⅰ.热化学法处理CO2
CO2加氢制CH3OH的反应为:
(1)该反应能自发进行的主要原因是___________ 。
(2)该反应的正反应速率可表示为,逆反应速率可表示为,其中、为速率常数。下图中能够代表的曲线为___________ (填“”“”“”或“”);若该反应的化学平衡常数,那么发生该反应的温度___________ (填“>”、“<”或“=”)。
(3)实际合成反应时,也会有CH3COCH3等生成。在恒压条件下,H2、CO2的体积比为反应时,在催化剂作用下反应相同时间所测得的CH3OH选择性(CH3OH选择性)和产率随温度的变化如图所示:
①合成CH3OH最适宜的温度为___________ ;
②在210℃~230℃范围内随着温度的升高,CH3OH的产率迅速升高的原因是___________ 。
Ⅱ.电化学法处理CO2的资源化利用是实现碳中和的重要途径
一种有机多孔电极材料(铜粉沉积在一种有机物的骨架上)电催化还原CO2的资源化利用是实现碳中和的重要途径装置示意图如图所示。
(4)b电极生成HCOOH的电极反应式为___________ 。
(5)科研小组利用13CO2的资源化利用是实现碳中和的重要途径代替原有的CO2的资源化利用是实现碳中和的重要途径进行研究,其目的是___________ 。
(6)控制其他条件相同,将一定量的CO2的资源化利用是实现碳中和的重要途径通入该电催化装置中,阴极所得产物及其物质的量与电压的关系如图所示。控制电压为0.8V,电解时转移的电子的物质的量为___________ mol。
Ⅰ.热化学法处理CO2
CO2加氢制CH3OH的反应为:
(1)该反应能自发进行的主要原因是
(2)该反应的正反应速率可表示为,逆反应速率可表示为,其中、为速率常数。下图中能够代表的曲线为
(3)实际合成反应时,也会有CH3COCH3等生成。在恒压条件下,H2、CO2的体积比为反应时,在催化剂作用下反应相同时间所测得的CH3OH选择性(CH3OH选择性)和产率随温度的变化如图所示:
①合成CH3OH最适宜的温度为
②在210℃~230℃范围内随着温度的升高,CH3OH的产率迅速升高的原因是
Ⅱ.电化学法处理CO2的资源化利用是实现碳中和的重要途径
一种有机多孔电极材料(铜粉沉积在一种有机物的骨架上)电催化还原CO2的资源化利用是实现碳中和的重要途径装置示意图如图所示。
(4)b电极生成HCOOH的电极反应式为
(5)科研小组利用13CO2的资源化利用是实现碳中和的重要途径代替原有的CO2的资源化利用是实现碳中和的重要途径进行研究,其目的是
(6)控制其他条件相同,将一定量的CO2的资源化利用是实现碳中和的重要途径通入该电催化装置中,阴极所得产物及其物质的量与电压的关系如图所示。控制电压为0.8V,电解时转移的电子的物质的量为
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解答题-原理综合题
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较难
(0.4)
解题方法
【推荐3】I、目前我国主要使用肼(N2H4)作为卫星发射所用燃料。
(1)N2H4可作为火箭发动机的燃料,与氧化剂N2O4反应生成N2和H2O。
已知:
①N2(g)+2O2(g)=N2O4(l) ΔH=-19.5kJ·mol−1K1
②N2H4(l)+O2(g)=N2(g)+2H2O(g) ΔH=-534.2kJ·mol−1K2
写出反应③液体燃料N2H4与液态N2O4反应生成N2和H2O的热化学方程式:___________ ,K1、K2、K3之间的关系:___________
(2)若已知下列数据:
试根据表中数据计算出N-H的键能:___________ kJ·mol−1
Ⅱ、在体积为2L的密闭容器中,进行如下化学反应:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)。其化学平衡常数K和温度T的关系如下表所示:
(3)该反应为___________ 反应(填“吸热”、“放热”),原因为___________
(4)830℃下,若向容器中分别加入2molH2和2molCO2,10s后达到平衡,则这段时间内(H2)=___________ ,转化率α(CO2)=___________
(5)1200℃时,在某时刻体系中CO2、H2、CO、H2O的物质的量分别为4mol、4mol、8mol、8mol,则此时上述反应的平衡向___________ 移动(填“正向”、“逆向”或“不”)
Ⅲ、已知在不同温度下,甲烷隔绝空气有可能发生如下两个裂解反应:①CH4(g)→C(s)+2H2(g),②2CH4(g)→C2H4(g)+3H2(g)。某同学为了得到用天然气制取炭黑的允许温度范围和最佳温度,查阅资料,得到如下热力学数据:
反应①的ΔH(298K)=+74.848kJ/mol,ΔS(298K)=+80.674J/(mol·K)
反应②的ΔH(298K)=+376.426kJ/mol,ΔS(298K)=+220.211J/(mol·K)
已知,上述反应的焓变和熵变随温度变化很小。请帮助这位同学回答下列问题:
(6)反应①在___________ (填“高温”或“低温”)下能自发进行
(7)为了提高甲烷的炭化程度,下列温度最合适的是___________
(1)N2H4可作为火箭发动机的燃料,与氧化剂N2O4反应生成N2和H2O。
已知:
①N2(g)+2O2(g)=N2O4(l) ΔH=-19.5kJ·mol−1K1
②N2H4(l)+O2(g)=N2(g)+2H2O(g) ΔH=-534.2kJ·mol−1K2
写出反应③液体燃料N2H4与液态N2O4反应生成N2和H2O的热化学方程式:
(2)若已知下列数据:
化学键 | N-N | N≡N | H-O | O=O |
键能/kJ·mol-1 | 190 | 946 | 462.8 | 498.8 |
试根据表中数据计算出N-H的键能:
Ⅱ、在体积为2L的密闭容器中,进行如下化学反应:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)。其化学平衡常数K和温度T的关系如下表所示:
T/℃ | 700 | 800 | 830 | 1000 | 1200 |
K | 0.6 | 0.9 | 1.0 | 1.7 | 2.6 |
(4)830℃下,若向容器中分别加入2molH2和2molCO2,10s后达到平衡,则这段时间内(H2)=
(5)1200℃时,在某时刻体系中CO2、H2、CO、H2O的物质的量分别为4mol、4mol、8mol、8mol,则此时上述反应的平衡向
Ⅲ、已知在不同温度下,甲烷隔绝空气有可能发生如下两个裂解反应:①CH4(g)→C(s)+2H2(g),②2CH4(g)→C2H4(g)+3H2(g)。某同学为了得到用天然气制取炭黑的允许温度范围和最佳温度,查阅资料,得到如下热力学数据:
反应①的ΔH(298K)=+74.848kJ/mol,ΔS(298K)=+80.674J/(mol·K)
反应②的ΔH(298K)=+376.426kJ/mol,ΔS(298K)=+220.211J/(mol·K)
已知,上述反应的焓变和熵变随温度变化很小。请帮助这位同学回答下列问题:
(6)反应①在
(7)为了提高甲烷的炭化程度,下列温度最合适的是___________
A.905.2K | B.927K | C.1273K | D.2000K |
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