氮的氧化物是大气污染物之一。研究它们的反应机理,对于消除环境污染,促进社会可持续发展有重要意义。回答下列问题:
(1)已知:①4NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H2O(g) ∆H1=-907kJ∙mol-1;
②①4NH3(g)+3O2(g)=2N2(g)+6H2O(g) ∆H2=-1269.0kJ∙mol-1。
若4NH3(g)+6NO(g)=5N2(g)+6H2O(g)的逆反应活化能为E逆=akJ∙mol-1,则其正反应活化能为_______ kJ∙mol-1(用含a的代数式表示)。
(2)氢气选择性催化还原NO是一种比NH3还原NO更为理想的方法,备受研究者关注。以Pt-HY为催化剂,氢气选择性催化还原NO在催化剂表面的反应机理如下图:
①Pt原子表面上发生的反应除N+N=N2、2H+O=H2O外还有_____ 。
②已知在HY载体表面发生反应的NO、O2物质的量之比为1∶1,补充并配平下列离子方程式:_______ 。
+NO+O2→N2+H2O+_______
(3)硫碘循环(SI循环)是目前最有前景和研究最多的一个热化学循环。SI循环涉及如下两个反应:
反应I(Bunsen反应):SO2(g)+I2(s)+2H2O(l)⇌2HI(aq)+H2SO4(aq) ∆H1=akJ∙mol-1
反应II:2HI(aq)⇌H2(g)+I2(s) ∆H2=bkJ∙mol-1
①科研团队研究了温度和压强对反应I(Bunsen反应)达到平衡时n(SO2)的影响如下图所示,则p1_____ p2(填“>”“<"或“=”)。
②为了促进HI的分解,某科研团队设计了两种选择性膜反应器,其示意图如下。已知:HI的分解在反应区内进行,膜可以对产物进行选择性释放。反应区内通过控制使压强恒定为100kPa。反应开始时,投料均为1mol的HI气体。膜反应器1中氢气的渗透速率为3.1×10-8mol/(s·Pa)。反应区内的部分实验数据显示在下表中。
(4)我国科学家在(自然-通讯》发表了低温高效催化丁烷脱氢制丁烯的研究成果。该过程易发生积炭和裂化等副反应,催化反应历程如图a所示[注:0.06ev表示1个C4H8(g)+1个H2(g)的能量)]
①三种催化剂催化效果最好的是_______ (填“A”、“B”或“C”),以C为催化剂时决速反应的方程式为_______ ;
②在一恒容密闭容器中通入1mol丁烷和适量的催化剂,发生催化脱氢反应,若起始投料量不变,经过相同时间,测得不同温度下丁烷转化率和丁烯产率如图b所示。温度高于T1时,丁烯产率降低的原因可能是_______ (写一条即可),温度高于T2时丁烷转化率增大的原因可能是_______ (写一条即可)。
(1)已知:①4NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H2O(g) ∆H1=-907kJ∙mol-1;
②①4NH3(g)+3O2(g)=2N2(g)+6H2O(g) ∆H2=-1269.0kJ∙mol-1。
若4NH3(g)+6NO(g)=5N2(g)+6H2O(g)的逆反应活化能为E逆=akJ∙mol-1,则其正反应活化能为
(2)氢气选择性催化还原NO是一种比NH3还原NO更为理想的方法,备受研究者关注。以Pt-HY为催化剂,氢气选择性催化还原NO在催化剂表面的反应机理如下图:
①Pt原子表面上发生的反应除N+N=N2、2H+O=H2O外还有
②已知在HY载体表面发生反应的NO、O2物质的量之比为1∶1,补充并配平下列离子方程式:
+NO+O2→N2+H2O+_______
(3)硫碘循环(SI循环)是目前最有前景和研究最多的一个热化学循环。SI循环涉及如下两个反应:
反应I(Bunsen反应):SO2(g)+I2(s)+2H2O(l)⇌2HI(aq)+H2SO4(aq) ∆H1=akJ∙mol-1
反应II:2HI(aq)⇌H2(g)+I2(s) ∆H2=bkJ∙mol-1
①科研团队研究了温度和压强对反应I(Bunsen反应)达到平衡时n(SO2)的影响如下图所示,则p1
②为了促进HI的分解,某科研团队设计了两种选择性膜反应器,其示意图如下。已知:HI的分解在反应区内进行,膜可以对产物进行选择性释放。反应区内通过控制使压强恒定为100kPa。反应开始时,投料均为1mol的HI气体。膜反应器1中氢气的渗透速率为3.1×10-8mol/(s·Pa)。反应区内的部分实验数据显示在下表中。
反应器示意图 | 无膜反应器 | 膜反应器1 | 膜反应器2 |
物质 | HI | H2 | |
80s后的平衡物质的量/mol | 0.78 | ||
HI平衡分解率 | α1= | α2=52% | α3 |
(4)我国科学家在(自然-通讯》发表了低温高效催化丁烷脱氢制丁烯的研究成果。该过程易发生积炭和裂化等副反应,催化反应历程如图a所示[注:0.06ev表示1个C4H8(g)+1个H2(g)的能量)]
①三种催化剂催化效果最好的是
②在一恒容密闭容器中通入1mol丁烷和适量的催化剂,发生催化脱氢反应,若起始投料量不变,经过相同时间,测得不同温度下丁烷转化率和丁烯产率如图b所示。温度高于T1时,丁烯产率降低的原因可能是
更新时间:2022-06-24 10:53:55
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解答题-原理综合题
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【推荐1】将天然气(主要成分为CH4)中的CO2、H2S资源化转化在能源利用、环境保护等方面意义重大。
(1)CO2转化为CO、H2S转化为S的反应如下:
i.2CO2(g)=2CO(g)+O2(g) △H1=+566kJ/mol
ii.2H2S(g)+O2(g)=2H2O(l)+2S(s) △H2=-530kJ/mol
iii.CO2、H2S转化生成CO、S等物质的热化学方程式是___________
(2)CO2性质稳定,是一种“惰性”分子。对于反应iii,通过设计合适的催化剂可以降低___________ ,提高反应速率。
a.活化能 b.△H c.平衡常数
(3)我国科学家研制新型催化剂,设计协同转化装置实现反应iii,工作原理如下所示。
【方案1】若M3+/M2+=Fe3+/Fe2+。为了抑制离子水解,所含Fe3+、Fe2+的溶液调为较强的酸性。
①写出阳极区生成S的电极反应和离子方程式___________ 。
②结合电极反应和离子移动解释阴极区pH不变的原因(忽略溶液体积变化)___________
【方案2】若M3+/M2+=EDTA-Fe3+/EDTA-Fe2+ (配合物)。
已知:电解效率η的定义:
η(B)=n(生成B所用的电子)/ n(通过电极的电子)×100%
③测得η(EDTA-Fe3+)≈100%,η(CO) ≈80%。阴极放电的物质有___________
④为进一步确认CO2、H2S能协同转化,对CO的来源分析如下:
来源1.CO2通过电极反应产生CO
来源2.电解质(含碳元素)等物质发生降解,产生CO
设计实验探究,证实来源2不成立。实验方案是___________ 。
方案2明显优于方案1.该研究成果为天然气的净化、资源化转化提供了工业化解决思路。
(1)CO2转化为CO、H2S转化为S的反应如下:
i.2CO2(g)=2CO(g)+O2(g) △H1=+566kJ/mol
ii.2H2S(g)+O2(g)=2H2O(l)+2S(s) △H2=-530kJ/mol
iii.CO2、H2S转化生成CO、S等物质的热化学方程式是
(2)CO2性质稳定,是一种“惰性”分子。对于反应iii,通过设计合适的催化剂可以降低
a.活化能 b.△H c.平衡常数
(3)我国科学家研制新型催化剂,设计协同转化装置实现反应iii,工作原理如下所示。
【方案1】若M3+/M2+=Fe3+/Fe2+。为了抑制离子水解,所含Fe3+、Fe2+的溶液调为较强的酸性。
①写出阳极区生成S的电极反应和离子方程式
②结合电极反应和离子移动解释阴极区pH不变的原因(忽略溶液体积变化)
【方案2】若M3+/M2+=EDTA-Fe3+/EDTA-Fe2+ (配合物)。
已知:电解效率η的定义:
η(B)=n(生成B所用的电子)/ n(通过电极的电子)×100%
③测得η(EDTA-Fe3+)≈100%,η(CO) ≈80%。阴极放电的物质有
④为进一步确认CO2、H2S能协同转化,对CO的来源分析如下:
来源1.CO2通过电极反应产生CO
来源2.电解质(含碳元素)等物质发生降解,产生CO
设计实验探究,证实来源2不成立。实验方案是
方案2明显优于方案1.该研究成果为天然气的净化、资源化转化提供了工业化解决思路。
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(0.65)
【推荐2】汽车尾气的氮氧化物是大气污染物的主要来源,研究汽车尾气处理是环境保护的重要课题。试回答下列问题:
(1)有关汽车尾气的生成
已知:①N2(g)+O2(g)=2NO(g) ΔH1=+180.50kJ•mol-1
②2NO(g)+O2(g)=2NO2(g) ΔH2=-144.14kJ•mol-1
③2N2O(g)⇌2N2(g)+O2(g) ΔH3=-244.10kJ•mol-1
则3NO(g)=N2O(g)+NO2(g) ΔH=_____ 。
(2)用CO消除汽车尾气
在催化剂a作用下将尾气转化为无污染的气体而除去。向密闭容器中充入10molCO(g)和8molNO(g)发生反应2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g) ΔH,测得平衡时NO体积分数与温度、压强的关系如图。
①已知T2>T1,则反应ΔH______ 0(填“>”、“=”或“<”)。
②该反应达到平衡后,为了同时提高反应速率和NO的平衡转化率,可采取的措施______ (填字母序号)。
a.改用高效催化剂
b.恒温恒容条件下,按投料比增大反应物浓度
c.移去CO2
d.升高温度
e.缩小反应容器的体积
③在温度为T1、容器体积为4L的条件下,反应进行到10min时恰好在D点达到平衡。则从反应开始到平衡时,NO平均反应速率v(NO)=_____ ;若其他条件不变,升高温度,用分压表示的平衡常数Kp_____ (填“变大”、“变小”或“不变”)。
④在X点,对反应容器升温的同时扩大体积使体系压强减小,重新达到平衡状态可能为图中_____ 点(填A~F)。
(3)用NH3消除汽车尾气
新型催化剂b在含有少量O2条件下,能催化NH3,和NOx,反应生成N2,且高温下活性很强。在盛有催化剂b的管式反应容器[如图(一)]中按一定比例匀速通入NH3、NOx、O2发生反应。NOx的除去率随反应温度变化曲线如图(二)所示。
①在50℃之前,NOx的除去率随温度升高而缓慢上升的原因是_____ 。
②当温度高于300℃时,NOx除去率迅速下降的原因是_____ 。
(1)有关汽车尾气的生成
已知:①N2(g)+O2(g)=2NO(g) ΔH1=+180.50kJ•mol-1
②2NO(g)+O2(g)=2NO2(g) ΔH2=-144.14kJ•mol-1
③2N2O(g)⇌2N2(g)+O2(g) ΔH3=-244.10kJ•mol-1
则3NO(g)=N2O(g)+NO2(g) ΔH=
(2)用CO消除汽车尾气
在催化剂a作用下将尾气转化为无污染的气体而除去。向密闭容器中充入10molCO(g)和8molNO(g)发生反应2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g) ΔH,测得平衡时NO体积分数与温度、压强的关系如图。
①已知T2>T1,则反应ΔH
②该反应达到平衡后,为了同时提高反应速率和NO的平衡转化率,可采取的措施
a.改用高效催化剂
b.恒温恒容条件下,按投料比增大反应物浓度
c.移去CO2
d.升高温度
e.缩小反应容器的体积
③在温度为T1、容器体积为4L的条件下,反应进行到10min时恰好在D点达到平衡。则从反应开始到平衡时,NO平均反应速率v(NO)=
④在X点,对反应容器升温的同时扩大体积使体系压强减小,重新达到平衡状态可能为图中
(3)用NH3消除汽车尾气
新型催化剂b在含有少量O2条件下,能催化NH3,和NOx,反应生成N2,且高温下活性很强。在盛有催化剂b的管式反应容器[如图(一)]中按一定比例匀速通入NH3、NOx、O2发生反应。NOx的除去率随反应温度变化曲线如图(二)所示。
①在50℃之前,NOx的除去率随温度升高而缓慢上升的原因是
②当温度高于300℃时,NOx除去率迅速下降的原因是
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名校
【推荐3】我国提出了2030年前碳达峰、2060年前碳中和的“双碳”目标。研发二氧化碳被转化为多种基础化学品,如一氧化碳、甲烷、甲醇等是实现“双碳”目标的有效方法。二氧化碳催化加氢部分热化学反应式如下:
Ⅰ.
Ⅱ.
Ⅲ.
(1)二氧化碳与甲烷反应生成一氧化碳和氢气的热化学方程式为________ ;恒温恒容密闭容器中进行该反应,下列事实能说明反应达到平衡状态的是________ (填选项字母)。
A.相同时间内形成C—H键和H—H键的数目相等
B.相同时间内消耗和形成CO的分子数目相等
C.体系内各物质的浓度保持不变
D.体系内气体的密度保持不变
(2)消除NO污染物,在一定条件下,用将NO还原为和。
①还原NO的总反应为,其能量变化如图所示。每还原1mol NO,应___________ (填“释放”或“吸收”)___________ kJ能量。
②研究表明上述反应历程分两步:
Ⅰ.;
Ⅱ.
该总反应的反应物的总键能___________ (填>,<或=)生成物的总键能。
(3)电渗析法淡化海水(在直流电源作用下通过离子交换膜对海水进行处理)
①利用如图所示装置可以减缓海水中钢铁设施的腐蚀。若开关K置于M处,则电极X可选用的物质是___________ (选填“石墨块”、“锌块”或“铜块”),钢铁设施表面发生的电极反应为_______ ;若开关K置于N处,则a极为电源的________ (选填“正极”或“负极”)。
②用NaCl溶液模拟海水淡化,电解装置原理示意图如图所示,淡水从___________ 室(填Ⅰ、Ⅱ或Ⅲ)流出。
Ⅰ.
Ⅱ.
Ⅲ.
(1)二氧化碳与甲烷反应生成一氧化碳和氢气的热化学方程式为
A.相同时间内形成C—H键和H—H键的数目相等
B.相同时间内消耗和形成CO的分子数目相等
C.体系内各物质的浓度保持不变
D.体系内气体的密度保持不变
(2)消除NO污染物,在一定条件下,用将NO还原为和。
①还原NO的总反应为,其能量变化如图所示。每还原1mol NO,应
②研究表明上述反应历程分两步:
Ⅰ.;
Ⅱ.
该总反应的反应物的总键能
(3)电渗析法淡化海水(在直流电源作用下通过离子交换膜对海水进行处理)
①利用如图所示装置可以减缓海水中钢铁设施的腐蚀。若开关K置于M处,则电极X可选用的物质是
②用NaCl溶液模拟海水淡化,电解装置原理示意图如图所示,淡水从
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解题方法
【推荐1】Ⅰ、
(1)已知:
则CO与NO反应生成气体和气体的热化学方程式为___________ 。
Ⅱ、一定温度下,在体积为2L的密闭容器中,充入1mol和3mol发生如下反应:。经测得和(g)的物质的量随时间变化如图所示。
(2)从反应开始到平衡,需要的时间___________ ,在这段时间内,的平均反应速率___________ 。
(3)达到平衡时,的转化率为___________ (用百分数表示);此温度下该反应的平衡常数K=___________ (可用分数表示)。
(4)下列措施不能提高反应速率的是___________。
(5)下列叙述中不能说明上述反应达到平衡状态的是___________ 。
A.混合气体的平均相对分子质量保持不变
B.混合气体的压强不随时间的变化而变化
C.在混合气体中的质量分数保持不变
D.反应中与的物质的量之比为1∶1
E.单位时间内每消耗1mol同时生成1mo
(1)已知:
则CO与NO反应生成气体和气体的热化学方程式为
Ⅱ、一定温度下,在体积为2L的密闭容器中,充入1mol和3mol发生如下反应:。经测得和(g)的物质的量随时间变化如图所示。
(2)从反应开始到平衡,需要的时间
(3)达到平衡时,的转化率为
(4)下列措施不能提高反应速率的是___________。
A.升高温度 | B.加入适当催化剂 |
C.缩小体积,增大压强 | D.恒温、恒压下通入氦气 |
A.混合气体的平均相对分子质量保持不变
B.混合气体的压强不随时间的变化而变化
C.在混合气体中的质量分数保持不变
D.反应中与的物质的量之比为1∶1
E.单位时间内每消耗1mol同时生成1mo
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解答题-工业流程题
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【推荐2】钯(Pd)是航天、航空等高科技领域以及汽车制造业不可缺少的关键材料。为节约和充分利用资源,以废钯催化剂(主要成分是钯、碳、有机物及少量等元素)为原料通过如下工艺流程回收钯。
回答下列问题:
(1)“焙烧”时通入的空气一定要足量,目的是___________ 。
(2)“一系列操作”包括向烧渣中加入,目的是将还原得到粗钯,写出反应的化学方程式:___________ 。
(3)得到粗钯后,用王水在一定温度下充分浸取钯,得到氯亚钯酸(H2PdCl4)和一种有毒的无色气体,该气体遇空气变为红棕色,该反应中消耗的与的物质的量之比为___________ 。钯的浸出率与反应的时间、温度的关系如图所示,则最佳的浸取时间和温度为___________ 。
(4)“氨水络合”时需要控制好溶液的,已知常温下,,,要使得溶液中的杂质金属离子沉淀完全(即金属离子浓度低于),至少调节为___________ (保留三位有效数字)。()
(5)海绵状金属钯密度为,具有优良的吸氢功能,标准状况下,其吸附的氢气是其体积的840倍,则此条件下海绵钯的吸附容量R=___________ ,氢气的浓度r=___________ (保留小数点后两位)。(吸附容量R即1g钯吸附氢气的体积;氢气的浓度r为吸附标准状况下氢气的物质的量)
回答下列问题:
(1)“焙烧”时通入的空气一定要足量,目的是
(2)“一系列操作”包括向烧渣中加入,目的是将还原得到粗钯,写出反应的化学方程式:
(3)得到粗钯后,用王水在一定温度下充分浸取钯,得到氯亚钯酸(H2PdCl4)和一种有毒的无色气体,该气体遇空气变为红棕色,该反应中消耗的与的物质的量之比为
(4)“氨水络合”时需要控制好溶液的,已知常温下,,,要使得溶液中的杂质金属离子沉淀完全(即金属离子浓度低于),至少调节为
(5)海绵状金属钯密度为,具有优良的吸氢功能,标准状况下,其吸附的氢气是其体积的840倍,则此条件下海绵钯的吸附容量R=
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适中
(0.65)
【推荐3】CO和H2可作为能源和化工原料,应用十分广泛。
(1)已知:C(s)+O2(g)===CO2(g)ΔH1=-393.5 kJ·mol-1
2H2(g)+O2(g)===2H2O(g)ΔH2=-483.6 kJ·mol-1
C(s)+H2O(g)===CO(g)+H2(g)ΔH3=131.3 kJ·mol-1
则反应CO(g)+H2(g)+O2(g)===H2O(g)+CO2(g)的ΔH=________ kJ·mol-1。标准状况下的煤气(CO、H2)44.8 L与氧气反应生成CO2和H2O,反应过程中转移________ mol电子。
(2)密闭容器中充有10 mol CO与20 mol H2,在催化剂作用下反应生成甲醇:
CO(g)+2H2(g)CH3OH(g);CO的平衡转化率(α)与温度、压强的关系如图所示。
①若A、B两点表示在某时刻达到的平衡状态,此时在B点时容器的体积为6 L,则该温度下的平衡常数K=________ ;此时在A点时容器的体积VA_______ 6 L(填“大于”“小于”或“等于”)。该反应为________ (填“放热反应”或“吸热反应”)。
②若A、C两点都表示达到的平衡状态,则自反应开始到达平衡状态所需的时间tA________ tC(填“大于”“小于”或“等于”)。
(1)已知:C(s)+O2(g)===CO2(g)ΔH1=-393.5 kJ·mol-1
2H2(g)+O2(g)===2H2O(g)ΔH2=-483.6 kJ·mol-1
C(s)+H2O(g)===CO(g)+H2(g)ΔH3=131.3 kJ·mol-1
则反应CO(g)+H2(g)+O2(g)===H2O(g)+CO2(g)的ΔH=
(2)密闭容器中充有10 mol CO与20 mol H2,在催化剂作用下反应生成甲醇:
CO(g)+2H2(g)CH3OH(g);CO的平衡转化率(α)与温度、压强的关系如图所示。
①若A、B两点表示在某时刻达到的平衡状态,此时在B点时容器的体积为6 L,则该温度下的平衡常数K=
②若A、C两点都表示达到的平衡状态,则自反应开始到达平衡状态所需的时间tA
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