我国提出争取在2030年前实现碳达峰,这对于改善环境,实现绿色发展至关重要。催化还原CO2是解决温室效应及能源问题的重要手段之一,以CO2、H2为原料合成CH3OH涉及的主要反应如下:
Ⅰ.
Ⅱ. =-90.5 kJ∙mol-1
Ⅲ. = +40.9 kJ∙mol-1
回答下列问题:
(1) =_______ kJ∙mol-1。
(2)不同压强下,按照n(CO2):n(H2)=1:3投料,实验测定CH3OH的平衡产率和CO2的平衡转化率随温度的变化关系分别为图甲和图乙所示。
已知:CO2的平衡转化率=,CH3OH的平衡产率=
其中图甲中CH3OH的平衡产率随温度升高而下降的原因是_______ ,压强p1、p2、p3由大到小的顺序为_______ ;图乙中T1温度时,三条曲线几乎交于一点的原因是_______ 。
(3)为同时提高CO2的平衡转化率和CH3OH的平衡产率,应选择的反应条件_______(填标号)。
(4)已知反应:。T℃时,向体积为1L的密闭容器中通入1molCO(g)和2molH2(g),在催化剂作用下反应,10分钟后达到平衡,CO的平衡转化率为50%,则CO的反应速率为_______ ,平衡时混合气体的总压强为p Pa,则该温度下反应的平衡常数Kp=_______ Pa-2(用平衡分压代替平衡浓度进行计算,分压=总压×物质的量分数)。
Ⅰ.
Ⅱ. =-90.5 kJ∙mol-1
Ⅲ. = +40.9 kJ∙mol-1
回答下列问题:
(1) =
(2)不同压强下,按照n(CO2):n(H2)=1:3投料,实验测定CH3OH的平衡产率和CO2的平衡转化率随温度的变化关系分别为图甲和图乙所示。
已知:CO2的平衡转化率=,CH3OH的平衡产率=
其中图甲中CH3OH的平衡产率随温度升高而下降的原因是
(3)为同时提高CO2的平衡转化率和CH3OH的平衡产率,应选择的反应条件_______(填标号)。
A.高温、高压 | B.高温、低压 | C.低温、低压 | D.低温、高压 |
更新时间:2022-05-09 22:15:15
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(0.4)
解题方法
【推荐1】研究二氧化碳甲烷化对资源综合利用有重要意义。相关的主要化学反应有:
I.CO2(g)+ 4H2(g)⇌CH4(g)+2H2O(g) ΔH1= - 165 kJ·mol-1
Ⅱ.CO(g)+3H2(g)⇌CH4(g)+H2O(g) ΔH2= - 206 kJ·mol-1
Ⅲ.CO(g)+H2O(g)⇌CO2(g)+H2(g) ΔH3
请回答:
(1)ΔH3=___________ kJ· mol-1。 在低温下反应Ⅲ才能自发进行,则ΔS__________ 0 (填“>”、“<”、“=”)
(2)在恒容密闭容器中,以n(H2):n(CO2):n(CO) =4∶1∶1 充入容器,维持压力为0.1 Mpa,测得不同温度下CO2、CO转化率如图所示。
①下列描述正确的是___________ 。
A.D→B过程中,升高温度使反应I和反应Ⅲ的CO2转化率均提高
B.比较A点和C点,转化率CO大于CO2,说明反应速率Ⅱ大于I
C.约660 ℃以前,以反应I、Ⅱ为主,约660 ℃以后反应Ⅲ为主
D.比较A和F,升高温度使反应Ⅲ向逆反应方向移动所致
②计算E点时,反应Ⅲ的平衡常数K=___________ (保留小数点后两位)
③已知甲烷的收率[Y(CH4) =×100%], 在恒容密闭容器中,充入n(H2)∶n(CO2)=4∶1,探究不同压强下甲烷的收率与温度关系如图所示,画出0.1Mpa时甲烷的收率与温度变化曲线_______ 。
(3)据报道,Pd—Mg/SiO2 催化CO2甲烷化的机理如图所示,写出生成CH4的最后一步反应方程式___________ 。
I.CO2(g)+ 4H2(g)⇌CH4(g)+2H2O(g) ΔH1= - 165 kJ·mol-1
Ⅱ.CO(g)+3H2(g)⇌CH4(g)+H2O(g) ΔH2= - 206 kJ·mol-1
Ⅲ.CO(g)+H2O(g)⇌CO2(g)+H2(g) ΔH3
请回答:
(1)ΔH3=
(2)在恒容密闭容器中,以n(H2):n(CO2):n(CO) =4∶1∶1 充入容器,维持压力为0.1 Mpa,测得不同温度下CO2、CO转化率如图所示。
①下列描述正确的是
A.D→B过程中,升高温度使反应I和反应Ⅲ的CO2转化率均提高
B.比较A点和C点,转化率CO大于CO2,说明反应速率Ⅱ大于I
C.约660 ℃以前,以反应I、Ⅱ为主,约660 ℃以后反应Ⅲ为主
D.比较A和F,升高温度使反应Ⅲ向逆反应方向移动所致
②计算E点时,反应Ⅲ的平衡常数K=
③已知甲烷的收率[Y(CH4) =×100%], 在恒容密闭容器中,充入n(H2)∶n(CO2)=4∶1,探究不同压强下甲烷的收率与温度关系如图所示,画出0.1Mpa时甲烷的收率与温度变化曲线
(3)据报道,Pd—Mg/SiO2 催化CO2甲烷化的机理如图所示,写出生成CH4的最后一步反应方程式
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(0.4)
【推荐2】碳、氮、硫的化合物在生产生活中广泛存在。请回答:
(1)以CO2与NH3为原料可合成化肥尿素[CO(NH2)2]。已知:
①2NH3(g)+CO2(g)=NH2CO2NH4(s) ΔH=-l59.5 kJ·mol-1
②NH2CO2NH4(s)=CO(NH2)2(s)+H2O(l) ΔH=-160.5 kJ·mol-1
③H2O(l)=H2O(g) ΔH=+44.0 kJ·mol-1
写出CO2与NH3合成尿素和气态水的热化学反应方程式____________ 。
(2)T1温度时在容积为2L的恒容密闭容器中只充入1.00molNO2气体发生反应:2NO(g)+O2(g)⇌2NO2(g) ∆H<0。实验测得:v正=k正c2(NO)·c(O2),v逆=k逆c2(NO2),
k正、k逆为速率常数只受温度影响。不同时刻测得容器中n(NO2)如下表:
①从0~2s该反应的平均速率v(NO2)=___________ 。
②T1温度时化学平衡常数K=___________ mol-1·L。
③化学平衡常数K与速率常数k正、k逆的数学关系是K=___________ 。若将容器的温度改变为T2时其k正=k逆,则T1__________ T2 (填“>”、“<”或“=”)。
(3)常温下,用SO2与NaOH溶液反应可得到NaHSO3、Na2SO3等。
①已知Na2SO3水溶液显碱性,原因是____________________ (写出主要反应的离子方程式),该溶液中,c(Na+)______ 2c()+c()(填“>”“<”或“=”)。
②在某NaHSO3、Na2SO3混合溶液中、物质的量分数随pH变化曲线如图所示(部分),根据图示,则的第一步水解平衡常数=________ 。
(1)以CO2与NH3为原料可合成化肥尿素[CO(NH2)2]。已知:
①2NH3(g)+CO2(g)=NH2CO2NH4(s) ΔH=-l59.5 kJ·mol-1
②NH2CO2NH4(s)=CO(NH2)2(s)+H2O(l) ΔH=-160.5 kJ·mol-1
③H2O(l)=H2O(g) ΔH=+44.0 kJ·mol-1
写出CO2与NH3合成尿素和气态水的热化学反应方程式
(2)T1温度时在容积为2L的恒容密闭容器中只充入1.00molNO2气体发生反应:2NO(g)+O2(g)⇌2NO2(g) ∆H<0。实验测得:v正=k正c2(NO)·c(O2),v逆=k逆c2(NO2),
k正、k逆为速率常数只受温度影响。不同时刻测得容器中n(NO2)如下表:
时间/s | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
n(NO2)/mol | 1.00 | 0.80 | 0.65 | 0.55 | 0.50 | 0.50 |
①从0~2s该反应的平均速率v(NO2)=
②T1温度时化学平衡常数K=
③化学平衡常数K与速率常数k正、k逆的数学关系是K=
(3)常温下,用SO2与NaOH溶液反应可得到NaHSO3、Na2SO3等。
①已知Na2SO3水溶液显碱性,原因是
②在某NaHSO3、Na2SO3混合溶液中、物质的量分数随pH变化曲线如图所示(部分),根据图示,则的第一步水解平衡常数=
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(0.4)
【推荐3】尿素、过氧化尿素的生产具有重要意义。
(1)尿素的催化合成
已知:
①将、按体积比1:1通入含有涂层的石墨网上,同时喷洒水微滴合成尿素,化学反应方程式为________ 。
②上述反应的________ 。
(2)尿素的电化学合成
①电催化和合成尿素的装置如图-1,生成尿素的电极反应式为________ 。②电催化和合成尿素。先在阴极被还原为中间体CO,再与合成尿素。
已知:在阴极还能被还原为,其生成的趋势比生成CO的趋势更大。但实验数据说明,一定时间内,阴极产物中CO的物质的量大于,可能的原因为________ 。
(3)尿素的结构
两分子尿素通过羰基氧原子形成分子间氢键,得到具有八元环的二聚分子。二聚分子的结构式为________ 。
(4)过氧化尿素晶体的制备
在烧杯中加入30%双氧水和尿素,恒温加热并搅拌得到澄清溶液,用冰水浴降温结晶、过滤、洗涤、干燥得过氧化尿素晶体。双氧水和尿素的摩尔配比对产品收率的影响如图-2。当摩尔配比大于1.1时,过氧化尿素晶体收率降低,其可能的原因是________ 。(5)尿素的应用
尿素将烟气中氮氧化物还原为以达到消除污染的目的。控制其他条件相同,将混有NO、、、和的模拟烟气匀速通过装有尿素溶液的装置,在装置出口处检测NO、的脱除率
①当烟气中有少量时,有利于脱除,其可能的原因是________ 。
②当烟气中无存在时,且超过一定数值时,测得变为负值,其可能的原因是________ 。
(1)尿素的催化合成
已知:
①将、按体积比1:1通入含有涂层的石墨网上,同时喷洒水微滴合成尿素,化学反应方程式为
②上述反应的
(2)尿素的电化学合成
①电催化和合成尿素的装置如图-1,生成尿素的电极反应式为
已知:在阴极还能被还原为,其生成的趋势比生成CO的趋势更大。但实验数据说明,一定时间内,阴极产物中CO的物质的量大于,可能的原因为
(3)尿素的结构
两分子尿素通过羰基氧原子形成分子间氢键,得到具有八元环的二聚分子。二聚分子的结构式为
(4)过氧化尿素晶体的制备
在烧杯中加入30%双氧水和尿素,恒温加热并搅拌得到澄清溶液,用冰水浴降温结晶、过滤、洗涤、干燥得过氧化尿素晶体。双氧水和尿素的摩尔配比对产品收率的影响如图-2。当摩尔配比大于1.1时,过氧化尿素晶体收率降低,其可能的原因是
尿素将烟气中氮氧化物还原为以达到消除污染的目的。控制其他条件相同,将混有NO、、、和的模拟烟气匀速通过装有尿素溶液的装置,在装置出口处检测NO、的脱除率
①当烟气中有少量时,有利于脱除,其可能的原因是
②当烟气中无存在时,且超过一定数值时,测得变为负值,其可能的原因是
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【推荐1】2023年全国两会政府工作报告指出,今年工作重点之一是深入推进环境污染防治,持续打好蓝天、碧水、净土保卫战。因此,研究大气中含硫化合物(主要为、)和含氮化合物的转化对环境保护具有重要意义。
(1)工业上用和的高温气相反应制备苯硫酚,同时有副产物生成:
Ⅰ.
Ⅱ.
将和按物质的量比为投入反应器,定时测定反应器尾端出来的混合气体中各产物的量,得到单程收率()与温度的关系如图所示。
①根据图像推测*0,_____ 0(填“大于”“小于”或“等于”,下同)。温度较低时,活化能Ⅱ_____ Ⅰ,则反应Ⅱ自发进行的条件是_____ (填“高温易自发”“低温易自发”或“任何温度都能自发”)。
②时,反应Ⅰ的化学平衡常数为_____ ,以上,随温度升高,苯硫酚的单程收率降低,反应Ⅰ消耗_____ (填“增多”或“减少”)。
(2)在固定体积的密闭容器中发生反应:。设的初始物质的量分别为,使用某种催化剂,改变的值进行多组实验(各组实验的温度可能相同,也可能不同),测定的平衡转化率。部分实验结果如图所示。
①若点对应实验中的起始浓度为,经过达到平衡状态,该时段的平均反应速率_____ 。
②若图中C、D两点对应的实验温度分别为和,如何通过计算判断和的相对大小:_____ 。
(1)工业上用和的高温气相反应制备苯硫酚,同时有副产物生成:
Ⅰ.
Ⅱ.
将和按物质的量比为投入反应器,定时测定反应器尾端出来的混合气体中各产物的量,得到单程收率()与温度的关系如图所示。
①根据图像推测*0,
②时,反应Ⅰ的化学平衡常数为
(2)在固定体积的密闭容器中发生反应:。设的初始物质的量分别为,使用某种催化剂,改变的值进行多组实验(各组实验的温度可能相同,也可能不同),测定的平衡转化率。部分实验结果如图所示。
①若点对应实验中的起始浓度为,经过达到平衡状态,该时段的平均反应速率
②若图中C、D两点对应的实验温度分别为和,如何通过计算判断和的相对大小:
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【推荐2】丙烯腈(C3H3N)是一种重要的化工原料,以丙烯(C3H6)、NH3、O2为原料,选择合适的催化剂合成丙烯腈的主要反应如下:
反应Ⅰ:
反应Ⅱ:
反应Ⅲ:
(1)℃时,向恒压容器中充入0.2mol 、0.6mol 和0.6mol ,发生反应Ⅲ,达到平衡时,放出94.1kJ能量;若向相同容器中充入1.5mol HCN(g)和3mol (g),达平衡时吸收235.25kJ能量,则_______ ;两种情况下反应物的转化率_______ 。
(2)200℃,160Pa时,向恒压容器中充入、和的混和气体制取丙烯腈,发生上述三个反应。平衡后,测得(g)、(g)、HCN(g)的体积分数分别为6%、10%、6%,其中三种反应物的体积分数相等。则(g)的体积分数为_______ ,丙烯腈(g)的产率为_______ (保留3位有效数字),反应Ⅱ的_______ 。(已知:)
(3)反应时间相同、反应物起始投料相同时,丙烯腈产率与反应温度的关系如图所示(图中虚线表示相同条件下丙烯腈平衡产率随温度的变化)。Y点丙烯腈产率比X点高的原因是_______ 。Z点正反应速率_______ X点正反应速率(填“>”、“<”或“无法比较”),理由是_______ 。
反应Ⅰ:
反应Ⅱ:
反应Ⅲ:
(1)℃时,向恒压容器中充入0.2mol 、0.6mol 和0.6mol ,发生反应Ⅲ,达到平衡时,放出94.1kJ能量;若向相同容器中充入1.5mol HCN(g)和3mol (g),达平衡时吸收235.25kJ能量,则
(2)200℃,160Pa时,向恒压容器中充入、和的混和气体制取丙烯腈,发生上述三个反应。平衡后,测得(g)、(g)、HCN(g)的体积分数分别为6%、10%、6%,其中三种反应物的体积分数相等。则(g)的体积分数为
(3)反应时间相同、反应物起始投料相同时,丙烯腈产率与反应温度的关系如图所示(图中虚线表示相同条件下丙烯腈平衡产率随温度的变化)。Y点丙烯腈产率比X点高的原因是
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【推荐3】CO2的综合利用是当前研究的热点问题。2020年12月24日,中国科学院大气物理研究所碳中和研究中心(等)在北京挂牌成立。回答下列问题:
(1)已知:I.C(s)+O2(g)=CO2(g) ΔH1=-393.5kJ·mol-l;
Ⅱ.2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) ΔH2=-483.6kJ·mol-l;
Ⅲ.C(s)+2H2(g)=CH4(g) ΔH3=-74.8kJ·mol-1。
利用光能和光催化剂,将CO2(g)和H2O(g)转化为CH4(g)和O2(g)的热化学方程式为_______ 。
(2)一定温度下,将1molCH4(g)和3molCO2(g)充入起始压强为4MPa、体积为10L的恒容密闭容器中,一定条件下发生反应CH4(g)+CO2(g) ⇌2CO(g)+2H2(g) ΔH=+247kJ·mol-1。
①下列事实可以判定反应达到平衡状态的是_______ (填选项字母)。
A.为定值
B.混合气体的密度不再改变
C.混合气体的平均相对分子质量不再改变
②若上述反应10min末达到平衡,容器内的压强变为起始压强的1.25倍,则0~10min内,用CO2的浓度变化表示的平均反应速率v(CO2)=_______ ;CH4的平衡转化率为_______ ;该反应的平衡常数Kp=_______ MPa2(用平衡分压代替平衡浓度表示的平衡常数,分压=总压×该物质的物质的量分数)。
(3)一定条件下,CO2催化加氢可以合成乙醇:2CO2(g)+6H2(g) ⇌C2H5OH(g)+3H2O(g)。向I、Ⅱ、Ⅲ三个容积均为1L的恒容密闭容器中均充入1molCO2(g)和3molH2(g),在不同温度下发生上述反应。反应5min,测得各容器内CO2的物质的量如图所示:
①该反应的ΔH_______ 0(填“>”或“<”)。
②5min后,向容器Ⅲ中再充入1molCO2(g)和1molH2O(g),此时v逆_______ v正(填“>”“<”或“=”)。
(4)人工光合作用能够借助太阳能,用CO2和H2O制备化学原料。通过人工光合作用制备HCOOH的原理示意图如图所示:
催化剂a表面发生____ (填“氧化”或“还原”)反应;催化剂b表面的电极反应式为___ 。
(1)已知:I.C(s)+O2(g)=CO2(g) ΔH1=-393.5kJ·mol-l;
Ⅱ.2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) ΔH2=-483.6kJ·mol-l;
Ⅲ.C(s)+2H2(g)=CH4(g) ΔH3=-74.8kJ·mol-1。
利用光能和光催化剂,将CO2(g)和H2O(g)转化为CH4(g)和O2(g)的热化学方程式为
(2)一定温度下,将1molCH4(g)和3molCO2(g)充入起始压强为4MPa、体积为10L的恒容密闭容器中,一定条件下发生反应CH4(g)+CO2(g) ⇌2CO(g)+2H2(g) ΔH=+247kJ·mol-1。
①下列事实可以判定反应达到平衡状态的是
A.为定值
B.混合气体的密度不再改变
C.混合气体的平均相对分子质量不再改变
②若上述反应10min末达到平衡,容器内的压强变为起始压强的1.25倍,则0~10min内,用CO2的浓度变化表示的平均反应速率v(CO2)=
(3)一定条件下,CO2催化加氢可以合成乙醇:2CO2(g)+6H2(g) ⇌C2H5OH(g)+3H2O(g)。向I、Ⅱ、Ⅲ三个容积均为1L的恒容密闭容器中均充入1molCO2(g)和3molH2(g),在不同温度下发生上述反应。反应5min,测得各容器内CO2的物质的量如图所示:
①该反应的ΔH
②5min后,向容器Ⅲ中再充入1molCO2(g)和1molH2O(g),此时v逆
(4)人工光合作用能够借助太阳能,用CO2和H2O制备化学原料。通过人工光合作用制备HCOOH的原理示意图如图所示:
催化剂a表面发生
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【推荐1】随着我国“碳达峰”、“碳中和”目标的确定,二氧化碳资源化利用倍受关注。
Ⅰ.以和为原料合成尿素: 。
(1)有利于提高平衡转化率的措施是_______(填标号)。
(2)研究发现,合成尿素反应分两步完成,其能量变化如图甲所示。
第一步:
第二步:
反应速率较快的是反应_______ (填“第一步”或“第二步”)。
Ⅱ.以和催化重整制备合成气:。
(3)在密闭容器中通入物质的量均为0.2mol的和,在一定条件下发生反应,的平衡转化率随温度、压强的变化关系如图乙所示:
①若反应在恒温、恒容密闭容器中进行,下列叙述能说明反应到达平衡状态的是_______ (填标号)。
A.容器中混合气体的密度保持不变 B.容器内混合气体的压强保持不变
C.反应速率: D.同时断裂2mol C—H和1mol H—H
②由图乙可知,压强_______ (填“>”“<”或“=”)。
③已知气体分压=气体总压×气体的物质的量分数,用平衡分压代替平衡浓度可以得到平衡常数,则X点对应温度下的_______ (用含的代数式表示)。
Ⅲ.电化学法还原二氧化碳制乙烯。
在强酸性溶液中通入二氧化碳,用惰性电极进行电解可制得乙烯,其原理如图丙所示:
(4)阴极电极反应为_______ ;该装置中使用的是_______ (填“阳”或“阴”)离子交换膜。
Ⅰ.以和为原料合成尿素: 。
(1)有利于提高平衡转化率的措施是_______(填标号)。
A.高温低压 | B.低温高压 | C.高温高压 | D.低温低压 |
第一步:
第二步:
反应速率较快的是反应
Ⅱ.以和催化重整制备合成气:。
(3)在密闭容器中通入物质的量均为0.2mol的和,在一定条件下发生反应,的平衡转化率随温度、压强的变化关系如图乙所示:
①若反应在恒温、恒容密闭容器中进行,下列叙述能说明反应到达平衡状态的是
A.容器中混合气体的密度保持不变 B.容器内混合气体的压强保持不变
C.反应速率: D.同时断裂2mol C—H和1mol H—H
②由图乙可知,压强
③已知气体分压=气体总压×气体的物质的量分数,用平衡分压代替平衡浓度可以得到平衡常数,则X点对应温度下的
Ⅲ.电化学法还原二氧化碳制乙烯。
在强酸性溶液中通入二氧化碳,用惰性电极进行电解可制得乙烯,其原理如图丙所示:
(4)阴极电极反应为
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【推荐2】甲烷是一种很重要的燃料,在化学领域应用广泛,也是良好的制氢材料。请回答下列问题:
(1)用与反应制取,其反应为:,在一密闭容器中加入起始浓度均为0.1mol/L的与,在一定条件下反应,测得的平衡转化率与温度、压强的关系如图所示。
①压强___________ (填“>”“=”或“<”):理由是___________ 。
②当压强为时,B点v正___________ v逆(填“>”“=”或“<”)。
③若温度和体积均不变,平衡转化率为50%,则平衡常数K=___________ ,在此平衡下,再将和CO的浓度增加0.1mol/L,平衡向___________ (填“正反应”或“逆反应”)方向移动。
(2)在催化剂作用下甲烷和水蒸气制取氢气的反应为:。
将物质的量均为的和加入恒温恒压的密闭容器中(25℃,100kPa),发生反应,正反应速率,其中p为分压:若该条件下,当时,的转化率为___________ %。
(3)我国科学家发明了在熔融盐中电解甲烷制的方法。装置如图所示。
①a为电源的___________ 极。
②电解时阴极上发生的反应为___________ 。
③电解一段时间后熔融盐中的物质的量___________ (填“变多”“不变”或“变少”)。
(1)用与反应制取,其反应为:,在一密闭容器中加入起始浓度均为0.1mol/L的与,在一定条件下反应,测得的平衡转化率与温度、压强的关系如图所示。
①压强
②当压强为时,B点v正
③若温度和体积均不变,平衡转化率为50%,则平衡常数K=
(2)在催化剂作用下甲烷和水蒸气制取氢气的反应为:。
将物质的量均为的和加入恒温恒压的密闭容器中(25℃,100kPa),发生反应,正反应速率,其中p为分压:若该条件下,当时,的转化率为
(3)我国科学家发明了在熔融盐中电解甲烷制的方法。装置如图所示。
①a为电源的
②电解时阴极上发生的反应为
③电解一段时间后熔融盐中的物质的量
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【推荐3】I.CO、均为大气污染物,利用催化剂处理污染气体成为化工的热点问题,在一定温度时,有催化剂存在的条件下,密闭容器中CO与转化为与,其相关反应为:反应I:
(1)已知:①
②
③
则反应 =_______ 。
(2)CO、在的表面进行两步反应转化为无毒的气体,其转化关系、相对能量与反应历程如图。
①分别写出、CO在的表面上的反应方程式:_______ 、_______ 。
②第一步反应的速率比第二步的_______ (填“慢”或“快”)。两步反应均为_______ 热反应(填“放”或“吸”)。
(3)在一定温度,101 kPa下,分别在1 L密闭容器中充入2 mol和2 mol CO,发生反应:,达平衡时,测得无毒气体的体积分数75%,该条件下平衡常数_______ (为以分压表示的平衡常数,分压=总压×物质的量分数)。
II.汽车尾气及颗粒物等是造成近年来重度雾霾的原因之一、在汽车排气管中安装催化净化装置可以一定程度上减少对环境的伤害,其反应原理为。
(4)为研究汽车尾气转化为无毒无害物质的有关反应,在密闭容器中充入10 mol CO和8 mol NO发生反应,如图所示为平衡时NO的体积分数与温度、压强的关系。
①该反应达平衡后,为了在提高反应速率同时提高NO的转化率,可采取的措施_______ (填字母代号)。
a.改用高效催化剂 b.升高温度 c.缩小容器的体积 d.增加CO的浓度
②若在D点对反应容器降温的同时缩小体积至体系压强增大,重新达到的平衡状态可能是图中A~G点中的_______ 点。
III.“丁烯裂解法”是另一种重要的丙烯生产方法,但生产过程中会有生成乙烯的副反应发生。主反应:;副反应:。
测得上述两反应的平衡体系中,各组分的质量分数(w)随温度(t)和压强(p)变化的趋势分别如图1和图2所示。
(5)平衡体系中的丙烯和乙烯的质量比是工业生产丙烯时选择反应条件的重要指标之一,从产物的纯度考虑,该数值越高越好,从图1和图2中表现的趋势来看,下列反应条件最适宜的是_______(填字母序号)。
(6)有研究者结合图1数据并综合考虑各种因素,认为450 ℃的反应温度比300 ℃或700 ℃更合适,从反应原理角度分析其理由可能是_______ 。
(1)已知:①
②
③
则反应 =
(2)CO、在的表面进行两步反应转化为无毒的气体,其转化关系、相对能量与反应历程如图。
①分别写出、CO在的表面上的反应方程式:
②第一步反应的速率比第二步的
(3)在一定温度,101 kPa下,分别在1 L密闭容器中充入2 mol和2 mol CO,发生反应:,达平衡时,测得无毒气体的体积分数75%,该条件下平衡常数
II.汽车尾气及颗粒物等是造成近年来重度雾霾的原因之一、在汽车排气管中安装催化净化装置可以一定程度上减少对环境的伤害,其反应原理为。
(4)为研究汽车尾气转化为无毒无害物质的有关反应,在密闭容器中充入10 mol CO和8 mol NO发生反应,如图所示为平衡时NO的体积分数与温度、压强的关系。
①该反应达平衡后,为了在提高反应速率同时提高NO的转化率,可采取的措施
a.改用高效催化剂 b.升高温度 c.缩小容器的体积 d.增加CO的浓度
②若在D点对反应容器降温的同时缩小体积至体系压强增大,重新达到的平衡状态可能是图中A~G点中的
III.“丁烯裂解法”是另一种重要的丙烯生产方法,但生产过程中会有生成乙烯的副反应发生。主反应:;副反应:。
测得上述两反应的平衡体系中,各组分的质量分数(w)随温度(t)和压强(p)变化的趋势分别如图1和图2所示。
(5)平衡体系中的丙烯和乙烯的质量比是工业生产丙烯时选择反应条件的重要指标之一,从产物的纯度考虑,该数值越高越好,从图1和图2中表现的趋势来看,下列反应条件最适宜的是_______(填字母序号)。
A.300℃、0.1 MPa | B.700℃、0.1 MPa |
C.300℃、0.5 MPa | D.700℃、0.5 MPa |
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(0.4)
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【推荐1】近年来,全球丙烯需求快速增长,研究丙烷制丙烯有着重要的意义。相关反应有:
反应Ⅰ(直接脱氢):
反应Ⅱ(氧化脱氢):
反应Ⅲ(催化氧化脱氢)机理:
(1)反应Ⅱ的焓变_______ 。
(2)反应Ⅲ的化学方程式为_______ ;与直接脱氢相比,用氧化脱氢制丙烯的优点是_______ 。
(3)在、反应条件下,将气体物质的量比为的混合气进行直接脱氢反应(反应Ⅰ)。
①从平衡移动的角度判断,x越小,平衡转化率_______ (填“越大”“越小”或“不变”),原因是_______ 。
②当时,反应经过达到平衡,此时混合气中与的分压相等,生成的平均速率为_______ ,平衡转化率为_______ 。
③,该反应平衡常数_______ (以分压表示,分压总压物质的量分数)。
(4)我国学者结合实验与计算机模拟结果,研究了反应Ⅱ丙烷在含六方氮化硼固体催化剂的表面氧化脱氢的反应历程,部分历程如图所示,其中吸附在催化剂表面的物种用*号表示,反应历程中决速步骤能垒为_______ ,图示反应历程之后可能发生的反应为_______ 。_______ 。
反应Ⅰ(直接脱氢):
反应Ⅱ(氧化脱氢):
反应Ⅲ(催化氧化脱氢)机理:
已知:氢气的燃烧热为,(l)蒸发吸热;丙烷直接催化脱氢容易造成积碳,降低催化剂的稳定性,回答下列问题:
(1)反应Ⅱ的焓变
(2)反应Ⅲ的化学方程式为
(3)在、反应条件下,将气体物质的量比为的混合气进行直接脱氢反应(反应Ⅰ)。
①从平衡移动的角度判断,x越小,平衡转化率
②当时,反应经过达到平衡,此时混合气中与的分压相等,生成的平均速率为
③,该反应平衡常数
(4)我国学者结合实验与计算机模拟结果,研究了反应Ⅱ丙烷在含六方氮化硼固体催化剂的表面氧化脱氢的反应历程,部分历程如图所示,其中吸附在催化剂表面的物种用*号表示,反应历程中决速步骤能垒为
(5),在含六方氮化硼固体催化剂的刚性密闭容器中依次通入和,固定的分压恒定为不变,实验测得氧气分压对反应速率的影响如图所示,随氧气分压增大,反应速率的增加程度明显减小,可能的原因为
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(0.4)
【推荐2】近年来,天津连续出现了严重的雾霾天气,给人们的出行及身体造成了极大的危害。研究NO2、SO2、CO等大气污染气体的处理具有重要意义。
(1)利用钠碱循环法可脱除烟气中的SO2。
①在钠碱循环法中,Na2SO3溶液作为吸收液,可由NaOH溶液吸收SO2制得,该反应的离子方程式是_______ 。
②吸收液吸收SO2的过程中,pH随n(SO):n(HSO)变化关系如下表:
由上表判断,NaHSO3溶液显_______ 性(填“酸”、“碱”或“中”),用化学平衡原理解释:_______ 。
③当吸收液的pH降至约为6时,需送至电解槽再生。再生示意图如下:
写出HSO在阳极放电的电极反应式:_______ ,当阴极室中溶液pH升至8以上时,吸收液再生并循环利用。
(2)用CH4催化还原NO2可以消除氮氧化物的污染。例如:
CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g);ΔH=-574kJ•mol-1
CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g):ΔH=-1160kJ•mol-1
若用标准状况下4.48LCH4还原NO2至N2,整个过程中转移的电子总数为_______ (阿伏伽德罗常数的值用NA表示),放出的热量为_______ kJ。
(3)工业上合成氨所需氢气的制备过程中,其中的一步反应为:
CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g):ΔH<0
—定条件下,将CO(g)与H2O(g)以体积比为1:2置于密闭容器中发生上述反应,达到平衡时测得CO(g)与H2O(g)体积比为1:6,则平衡常数K=_______ (计算结果保留两位小数)。
(1)利用钠碱循环法可脱除烟气中的SO2。
①在钠碱循环法中,Na2SO3溶液作为吸收液,可由NaOH溶液吸收SO2制得,该反应的离子方程式是
②吸收液吸收SO2的过程中,pH随n(SO):n(HSO)变化关系如下表:
n(SO):n(HSO) | 91:9 | 1:1 | 9:91 |
pH | 8.2 | 7.2 | 6.2 |
③当吸收液的pH降至约为6时,需送至电解槽再生。再生示意图如下:
写出HSO在阳极放电的电极反应式:
(2)用CH4催化还原NO2可以消除氮氧化物的污染。例如:
CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g);ΔH=-574kJ•mol-1
CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g):ΔH=-1160kJ•mol-1
若用标准状况下4.48LCH4还原NO2至N2,整个过程中转移的电子总数为
(3)工业上合成氨所需氢气的制备过程中,其中的一步反应为:
CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g):ΔH<0
—定条件下,将CO(g)与H2O(g)以体积比为1:2置于密闭容器中发生上述反应,达到平衡时测得CO(g)与H2O(g)体积比为1:6,则平衡常数K=
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(0.4)
解题方法
【推荐3】CS2是一种常见溶剂,还可用于生产人造粘胶纤维等。回答下列问题:
(1)CS2与酸性KMnO4溶液反应,产物为CO2和硫酸盐,该反应中还原剂与氧化剂的物质的量之比为__________ (MnO4-被还原为Mn2+)。
(2)甲烷硫磺法制取CS:的反应为CH4(g)+2S2(g)CS2(g)+2H2S(g) △H
①在恒温恒容密闭容器中进行该反应时,能说明该反应已达到平衡状态的是_________ (填字母)。
A.v正(S2)=2v逆(CS2)
B.容器内气体的密度不再随时间变化
C.容器内气体的总压强不再随时间变化
D.单位时间内断裂C-H键数目与断裂H-S键数目相等
②已知下列键能数据:
该反应的△H=_________ kJ·mol-1。
(3)在一密闭容器中,起始时向该容器中充入H2S和CH4且n(H2S):n(CH4)=2:1,发生反应:CH4(g)+2H2S(g)CS2(g)+4H2(g)。0.1MPa时,温度变化对平衡时产物的物质的量分数的影响如图所示:
①该反应△H_________ (填“>”或“<”)0。
②M点对应温度下,H2S的平衡转化率为_________ ,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)。
③N点,平衡分压p(CS2)=_________ MPa,对应温度下,该反应的Kp=_________ (MPa)2。(Kp为以分压表示的平衡常数)
(1)CS2与酸性KMnO4溶液反应,产物为CO2和硫酸盐,该反应中还原剂与氧化剂的物质的量之比为
(2)甲烷硫磺法制取CS:的反应为CH4(g)+2S2(g)CS2(g)+2H2S(g) △H
①在恒温恒容密闭容器中进行该反应时,能说明该反应已达到平衡状态的是
A.v正(S2)=2v逆(CS2)
B.容器内气体的密度不再随时间变化
C.容器内气体的总压强不再随时间变化
D.单位时间内断裂C-H键数目与断裂H-S键数目相等
②已知下列键能数据:
共价键 | C-H | S=S | C=S | H-S |
键能/ | 411 | 425 | 573 | 363 |
该反应的△H=
(3)在一密闭容器中,起始时向该容器中充入H2S和CH4且n(H2S):n(CH4)=2:1,发生反应:CH4(g)+2H2S(g)CS2(g)+4H2(g)。0.1MPa时,温度变化对平衡时产物的物质的量分数的影响如图所示:
①该反应△H
②M点对应温度下,H2S的平衡转化率为
③N点,平衡分压p(CS2)=
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