燃料气主要成分为CO和,利用燃料气合成甲烷反应原理为。回答下列问题:
(1)已知:、CO、的燃烧热分别为、、,则反应的_______ 。
(2)在恒容容器中充入、2molCO,分别在催化剂M、N作用下发生反应,氢气体积分数与反应时间和温度变化关系如图所示:
①据图判断,_______ (填“>”“<”或“=”),催化剂催化效果:M_______ (填“强于”或“弱于”)N。
②在温度℃下,若在恒压容器中充入4mol、4molCO,则刚达到平衡时体积分数符合上图中的_______ (填“a”“b”“c”或“d”)点。
(3)在温度T℃下,向恒容反应器中加入等物质的量的和发生反应,开始时总压为72kPa,研究表明的生成速率,某时刻反应处于平衡状态,测得该温度下,,则该时刻_______ kPa,_______ ;该温度下,该反应的化学平衡常数_______ (列出表达式,平衡分压代替平衡浓度计算,分压-总压×物质的量分数),
(1)已知:、CO、的燃烧热分别为、、,则反应的
(2)在恒容容器中充入、2molCO,分别在催化剂M、N作用下发生反应,氢气体积分数与反应时间和温度变化关系如图所示:
①据图判断,
②在温度℃下,若在恒压容器中充入4mol、4molCO,则刚达到平衡时体积分数符合上图中的
(3)在温度T℃下,向恒容反应器中加入等物质的量的和发生反应,开始时总压为72kPa,研究表明的生成速率,某时刻反应处于平衡状态,测得该温度下,,则该时刻
更新时间:2022-07-06 20:00:23
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【推荐1】(丙烯)是重要基本有机原料。(丙烷)催化脱氢制C3H6过程如下:
Ⅰ.主反应: ;
Ⅱ.副反应:
回答下列问题:
(1)已知断裂1 mol下列化学键所需能量如下表:
上述主反应的___________ 。
(2)一定条件下,催化脱氢制发生上述Ⅰ、Ⅱ反应,和的平衡体积分数与温度、压强的关系如图所示(图中压强分别为和)。①时,图中表示和体积分数变化的曲线分别为___________ 、___________ 。
②提高催化脱氢制的反应平衡转化率的方法是___________ (任写一种)。
(3)在压力(117.5 kPa)恒定,以作为稀释气,不同水烃比[、10、15]时,催化脱氢制备反应(上述反应Ⅰ、Ⅱ)平衡转化率随温度的变化曲线如图所示。①相同温度下,水烃比远大于15∶1时,丙烷的消耗速率明显下降,可能的原因是:
ⅰ.丙烷的浓度过低;
ⅱ.___________ 。
②M点对应条件下,若的选择性为60%,则反应Ⅰ的分压平衡常数为___________ kPa[的选择性]。
(4)利用的弱氧化性,科研人员开发了氧化脱氢制的新工艺。该工艺可采用铬的氧化物为催化剂,其反应机理如图3所示。①反应(ⅱ)的化学方程式为___________ 。
②该工艺可以有效消除催化剂表面的积炭,维持催化剂活性,原因是___________ 。
(5)研究表明,氧化脱氢制的催化剂中含有多种元素,如Cr、Zr、Mg、Fe、Ni等。由Mg、Fe、Ni组成的的立方晶胞结构如图4所示。已知晶胞的边长为n pm,设为阿伏加德罗常数的值。①___________ 。
②该晶体密度是___________ (用含n、的代数式表示)。
Ⅰ.主反应: ;
Ⅱ.副反应:
回答下列问题:
(1)已知断裂1 mol下列化学键所需能量如下表:
化学键 | |||
能量/ | 436.0 | 413.4 | 344.7 |
(2)一定条件下,催化脱氢制发生上述Ⅰ、Ⅱ反应,和的平衡体积分数与温度、压强的关系如图所示(图中压强分别为和)。①时,图中表示和体积分数变化的曲线分别为
②提高催化脱氢制的反应平衡转化率的方法是
(3)在压力(117.5 kPa)恒定,以作为稀释气,不同水烃比[、10、15]时,催化脱氢制备反应(上述反应Ⅰ、Ⅱ)平衡转化率随温度的变化曲线如图所示。①相同温度下,水烃比远大于15∶1时,丙烷的消耗速率明显下降,可能的原因是:
ⅰ.丙烷的浓度过低;
ⅱ.
②M点对应条件下,若的选择性为60%,则反应Ⅰ的分压平衡常数为
(4)利用的弱氧化性,科研人员开发了氧化脱氢制的新工艺。该工艺可采用铬的氧化物为催化剂,其反应机理如图3所示。①反应(ⅱ)的化学方程式为
②该工艺可以有效消除催化剂表面的积炭,维持催化剂活性,原因是
(5)研究表明,氧化脱氢制的催化剂中含有多种元素,如Cr、Zr、Mg、Fe、Ni等。由Mg、Fe、Ni组成的的立方晶胞结构如图4所示。已知晶胞的边长为n pm,设为阿伏加德罗常数的值。①
②该晶体密度是
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【推荐2】研发二氧化碳的碳捕集和碳利用技术是科学研究热点问题,其中催化转化法最具应用价值。回答下列问题:
(1)常温常压下,一些常见物质的燃烧热如表所示:
已知:
则___________ ,该反应在___________ (填“高温”、“低温”或“任意温度”)下能自发。
(2)在氢气还原的催化反应中,可被催化转化为甲醇,同时有副产物CO生成,为了提高甲醇的选择性,某科研团队研制了一种具有反应和分离双功能的分子筛膜催化反应器,原理如图所示。
保持压强为3MPa,温度为260℃,向密闭容器中按投料比投入一定量和,不同反应模式下的平衡转化率和甲醇的选择性的相关实验数据如下表所示。
①分子筛膜催化反应器(恒温恒容)模式中,发生反应,下列说法能作为此反应达到平衡状态的判据的是___________ (填标号)。
A.气体压强不再变化 B.气体的密度不再改变
C. D.
②由表中数据可知双功能的分子筛膜催化反应器模式下,的转化率明显提高,结合具体反应分析可能的原因:___________ 。
(3)二氧化碳催化加氢制甲醇的反应中在起始物时,在不同条件下达到平衡,设体系中甲醇的物质的量分数为,在℃时,随压强(p)的变化及在时随温度(T)的变化,如图所示。
①图中对应等压过程的曲线是___________ (填“a”或“b”),判断的理由是___________ 。
②恒温时(℃),当时,的平衡转化率___________ (保留小数点后一位),此条件下该反应的___________ 。(保留小数点后两位)(对于气相反应,可以用分压表示,分压=总压×物质的量分数)。
(4)研究人员研究出一种方法,可实现水泥生产时CO2零排放,其基本原理如下图所示。温度小于900℃时进行电解反应,碳酸钙先分解为CaO和CO2,电解质为熔融碳酸钠,阳极的电极反应为2CO-4e-=2CO2↑+O2↑,则阴极的电极反应为___________ 。
(1)常温常压下,一些常见物质的燃烧热如表所示:
名称 | 氢气 | 甲烷 | 一氧化碳 | 甲醇 |
化学式 | H2 | CH4 | CO | CH3OH |
则
(2)在氢气还原的催化反应中,可被催化转化为甲醇,同时有副产物CO生成,为了提高甲醇的选择性,某科研团队研制了一种具有反应和分离双功能的分子筛膜催化反应器,原理如图所示。
保持压强为3MPa,温度为260℃,向密闭容器中按投料比投入一定量和,不同反应模式下的平衡转化率和甲醇的选择性的相关实验数据如下表所示。
实验组 | 反应模式 | 温度/℃ | 的平衡转化率/% | 的选择性/% | |
① | 普通催化反应器 | 3 | 260 | 21.9 | 67.3 |
② | 分子筛膜催化反应器 | 3 | 260 | 36.1 | 100 |
A.气体压强不再变化 B.气体的密度不再改变
C. D.
②由表中数据可知双功能的分子筛膜催化反应器模式下,的转化率明显提高,结合具体反应分析可能的原因:
(3)二氧化碳催化加氢制甲醇的反应中在起始物时,在不同条件下达到平衡,设体系中甲醇的物质的量分数为,在℃时,随压强(p)的变化及在时随温度(T)的变化,如图所示。
①图中对应等压过程的曲线是
②恒温时(℃),当时,的平衡转化率
(4)研究人员研究出一种方法,可实现水泥生产时CO2零排放,其基本原理如下图所示。温度小于900℃时进行电解反应,碳酸钙先分解为CaO和CO2,电解质为熔融碳酸钠,阳极的电极反应为2CO-4e-=2CO2↑+O2↑,则阴极的电极反应为
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【推荐3】CO2和甲烷催化合成CO和H2是CO2资源化利用的有效途径。主要反应为
Ⅰ:CH4(g)+CO2(g) 2CO(g)+2H2(g) △H=+247kJ/mol
(1)已知CH4(g)+H2O(g) CO(g)+H2(g) △H=+206kJ/mol
写出CH4和水蒸气反应生成CO2的热化学方程式_________ 。
(2)在恒温、恒容的密闭容器中发生反应I,下列选项能够说明反应I达到平衡状态的是______ 。
A.混合气体的密度不变
B.混合气体的总压强不变
C.CH4、CO2、CO、H2的物质的量之比为1:1:2:2
D.3V正(H2)=V逆(CH4)
E.混合气体的平均相对分子质量不变
(3)催化合成的温度通常维持在550-750℃之间,从反应速率角度分析其主要原因可能是_________ 。
(4)将CH4与CO2各1mol充入某密闭容器中,发生反应I。100Kpa时,反应I到达平衡时CO2的体积分数与温度的关系曲线如图所示。
①图中A、B、C三点表示不同温度、压强下达到平衡时CO2的体积分数,则______ 点对应的平衡常数最小,判断依据是________ ;__________ 点对应的压强最大。
②300℃,100Kpa下,该容器中反应I经过40min达到平衡,计算反应在0-40min内的平均反应速率为v(CO2)=_________ mol/min(结果保留两位有效数字),该温度下的压强平衡常数Kp=________ 。
(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)
Ⅰ:CH4(g)+CO2(g) 2CO(g)+2H2(g) △H=+247kJ/mol
(1)已知CH4(g)+H2O(g) CO(g)+H2(g) △H=+206kJ/mol
写出CH4和水蒸气反应生成CO2的热化学方程式
(2)在恒温、恒容的密闭容器中发生反应I,下列选项能够说明反应I达到平衡状态的是
A.混合气体的密度不变
B.混合气体的总压强不变
C.CH4、CO2、CO、H2的物质的量之比为1:1:2:2
D.3V正(H2)=V逆(CH4)
E.混合气体的平均相对分子质量不变
(3)催化合成的温度通常维持在550-750℃之间,从反应速率角度分析其主要原因可能是
(4)将CH4与CO2各1mol充入某密闭容器中,发生反应I。100Kpa时,反应I到达平衡时CO2的体积分数与温度的关系曲线如图所示。
①图中A、B、C三点表示不同温度、压强下达到平衡时CO2的体积分数,则
②300℃,100Kpa下,该容器中反应I经过40min达到平衡,计算反应在0-40min内的平均反应速率为v(CO2)=
(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)
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解题方法
【推荐1】2024年上海国际碳中和技术博览会以“中和科技、碳素未来”为主题,重点聚焦二氧化碳的捕捉、利用与封存(CCUS)等问题。回答下列问题:
Ⅰ.是典型的温室气体,Sabatier反应可实现转化为甲烷,实现的资源化利用。合成过程中涉及如下反应:
甲烷化反应(主反应):①
逆变换反应(副反应):②
(1)反应③___________ ,该反应在___________ (填“高温”“低温”或“任何温度”)下能自发进行。
(2)下列叙述中能说明反应①达到平衡状态的是___________ (填字母)。
A.断裂4mol 的同时断裂1mol
B.恒温恒容条件下,体系压强不再变化
C.恒温恒容条件下,气体的密度不再变化
D.
E.绝热恒容条件下,不再变化
(3)科研小组按进行投料,下面探究影响选择性的一些因素。
①若在恒容容器中进行反应(初始压强为0.1MPa),平衡时各气体的物质的量分数随温度变化的曲线如图所示。图中表示的物质的量分数随温度变化的曲线是___________ (填“曲线1”“曲线2”或“曲线3”)。曲线1和曲线3交叉点处的平衡分压为___________ MPa(该空忽略副反应逆变换反应)。②积碳会使催化剂的活性降低,从而影响甲烷的选择性,各积碳反应的平衡常数与温度关系如下表所示:
反应a:
反应b:
反应c:
由表中数据可知,积碳反应主要由反应___________ 引起(填“a”“b”或“c”)。
Ⅱ.完成下列问题
(4)一定条件下,向4L恒容密闭容器中充入2mol 和6mol ,发生反应。已知容器内起始压强为240kPa,反应达平衡时容器内压强为150kPa,该温度下反应的标准平衡常数___________ 。(该反应标准平衡常数的表达式为,其中p为分压,分压=总压×物质的量分数,)
Ⅰ.是典型的温室气体,Sabatier反应可实现转化为甲烷,实现的资源化利用。合成过程中涉及如下反应:
甲烷化反应(主反应):①
逆变换反应(副反应):②
(1)反应③
(2)下列叙述中能说明反应①达到平衡状态的是
A.断裂4mol 的同时断裂1mol
B.恒温恒容条件下,体系压强不再变化
C.恒温恒容条件下,气体的密度不再变化
D.
E.绝热恒容条件下,不再变化
(3)科研小组按进行投料,下面探究影响选择性的一些因素。
①若在恒容容器中进行反应(初始压强为0.1MPa),平衡时各气体的物质的量分数随温度变化的曲线如图所示。图中表示的物质的量分数随温度变化的曲线是
温度℃ | |||
800 | 21.60 | 0.136 | 0.133 |
850 | 33.94 | 0.058 | 0.067 |
900 | 51.38 | 0.027 | 0.036 |
反应b:
反应c:
由表中数据可知,积碳反应主要由反应
Ⅱ.完成下列问题
(4)一定条件下,向4L恒容密闭容器中充入2mol 和6mol ,发生反应。已知容器内起始压强为240kPa,反应达平衡时容器内压强为150kPa,该温度下反应的标准平衡常数
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(0.4)
【推荐2】NO的处理与减排是烟气污染物控制的重点和难点,相关研究引起了国内外的广泛关注。
(1)理论上可采用加热使NO分解的方法处理:,反应的部分数据如下表:
通过计算得出高于7089℃时反应无法自发进行,试判断b____ 0(填“<”、“>”或“=”);反应的平衡常数表达式为____ ;实际反应时发现加热至600℃时NO仍没有明显分解,试解释原因___ 。
(2)科学家发现活性炭表面的有机结构可以被强氧化剂氧化成酚羟基、羧基(均可表示为C—OH,其电离平衡可表示为),这些官能团可以使活性炭表面活性化,有利于NO的吸附。不同氧化剂的预氧化与吸附原理可表示为(未配平):
预氧化:
预氧化:
预氧化:
吸附:
NO吸附实验分别在25℃和55℃下进行,将一定比例的与NO混合气体在10 MPa恒压下,以相同速率持续通入到等量的、不同预氧化试剂处理的活性炭中(图象中“原始-C”表示未经处理的活性炭),获得两个温度下“NO捕获率-通气时间”的变化图:
已知:NO捕获率=
请回答:
①下列描述正确的是_______
A.25℃下原始-C在通气约175分钟后吸附效果超过了
B.若其他条件不变,增大混合气体中物质的量分数,吸附平衡会逆向移动
C.在实验中吸附效果不佳,可能是活性炭表面孔隙被堵塞
D.由图象可知升温有利于吸附平衡正向移动,故吸附过程的
②其他条件不变,55℃下增大烟气中水蒸气含量后,的NO捕获率会迅速降低,通气1小时后为40%,70 min后吸附到达平衡。请在对应图象中用虚线画出通气1小时后至吸附平衡为止NO捕获率的变化曲线____________ 。
③相比其他预氧化试剂处理的活性炭,吸附效果更佳,有研究者认为可能是引入了,增强了活性炭的表面活性。试利用勒夏特列原理予以解释_______ 。
(1)理论上可采用加热使NO分解的方法处理:,反应的部分数据如下表:
项目 | 正反应活化能 | 逆反应活化能 | ||
数据/ | a | b | 728 | 910 |
通过计算得出高于7089℃时反应无法自发进行,试判断b
(2)科学家发现活性炭表面的有机结构可以被强氧化剂氧化成酚羟基、羧基(均可表示为C—OH,其电离平衡可表示为),这些官能团可以使活性炭表面活性化,有利于NO的吸附。不同氧化剂的预氧化与吸附原理可表示为(未配平):
预氧化:
预氧化:
预氧化:
吸附:
NO吸附实验分别在25℃和55℃下进行,将一定比例的与NO混合气体在10 MPa恒压下,以相同速率持续通入到等量的、不同预氧化试剂处理的活性炭中(图象中“原始-C”表示未经处理的活性炭),获得两个温度下“NO捕获率-通气时间”的变化图:
已知:NO捕获率=
请回答:
①下列描述正确的是
A.25℃下原始-C在通气约175分钟后吸附效果超过了
B.若其他条件不变,增大混合气体中物质的量分数,吸附平衡会逆向移动
C.在实验中吸附效果不佳,可能是活性炭表面孔隙被堵塞
D.由图象可知升温有利于吸附平衡正向移动,故吸附过程的
②其他条件不变,55℃下增大烟气中水蒸气含量后,的NO捕获率会迅速降低,通气1小时后为40%,70 min后吸附到达平衡。请在对应图象中用虚线画出通气1小时后至吸附平衡为止NO捕获率的变化曲线
③相比其他预氧化试剂处理的活性炭,吸附效果更佳,有研究者认为可能是引入了,增强了活性炭的表面活性。试利用勒夏特列原理予以解释
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【推荐3】为减少大气污染,科学家采取多种措施处理工业废气中排放的氮氧化物(NOx)、SO2等。回答下列问题:
(1)某脱硝反应机理如图所示,Cu+的作用为____ ,C2H4参与的反应方程式为____ 。
(2)选择性催化还原技术(SCR)是目前较为成熟的烟气脱硝技术,其反应原理主要为:4NH3(g)+4NO(g)+O2(g)4N2(g)+6H2O(g) △H=-1627kJ·mol-1。
①若有3molNO参与反应,则被NO氧化的NH3的物质的量为____ 。
②催化还原时应控制反应温度在315~400℃之间,反应温度不宜过高的原因是____ 。
③350℃时NO的百分含量与氨氮比的关系如图所示,若只改变氨气的投放量,当>1.0时,烟气中NO含量反而增大,主要原因是____ (用化学方程式表示)。
(3)烟气脱硫、脱硝一体化技术是大气污染防治研究的热点,ClO2在酸性条件下稳定,是性能优良的脱硫脱硝试剂。
①ClO也是性能优良的脱硫脱硝试剂,ClO2与NaOH溶液反应生成NaClO3和NaClO2,反应的离子方程式为____ 。
②某研究小组用ClO2进行单独脱除SO2实验时,测得SO2的脱除率随溶液pH变化如图所示。
当3<pH<7时,随pH的增大,SO2脱除率逐渐降低,其原因是:____ ;在pH约7.8之后,随pH的增大,SO2脱除率又开始升高,其原因是____ 。
(1)某脱硝反应机理如图所示,Cu+的作用为
(2)选择性催化还原技术(SCR)是目前较为成熟的烟气脱硝技术,其反应原理主要为:4NH3(g)+4NO(g)+O2(g)4N2(g)+6H2O(g) △H=-1627kJ·mol-1。
①若有3molNO参与反应,则被NO氧化的NH3的物质的量为
②催化还原时应控制反应温度在315~400℃之间,反应温度不宜过高的原因是
③350℃时NO的百分含量与氨氮比的关系如图所示,若只改变氨气的投放量,当>1.0时,烟气中NO含量反而增大,主要原因是
(3)烟气脱硫、脱硝一体化技术是大气污染防治研究的热点,ClO2在酸性条件下稳定,是性能优良的脱硫脱硝试剂。
①ClO也是性能优良的脱硫脱硝试剂,ClO2与NaOH溶液反应生成NaClO3和NaClO2,反应的离子方程式为
②某研究小组用ClO2进行单独脱除SO2实验时,测得SO2的脱除率随溶液pH变化如图所示。
当3<pH<7时,随pH的增大,SO2脱除率逐渐降低,其原因是:
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解题方法
【推荐1】煤燃烧排放的烟气含有SO2和NOx,形成酸雨、污染大气,采用NaClO2溶液作为吸收剂可同时对烟气进行脱硫、脱硝。回答下列问题:
(1)NaClO2的化学名称为__________ 。
(2)在鼓泡反应器中通入含有SO2和NO的烟气,反应温度323 K,NaClO2溶液浓度为5×10-3 mol/L。反应一段时间后溶液中离子浓度的分析结果如下表。
①出NaClO2溶液脱硝过程中主要反应的离子方程式__________________________ 。增加压强,NO的转化率________________ (填“提高”“不变”或“降低”)。
②着吸收反应的进行,吸收剂溶液的pH逐渐____________ (填“增大”“不变”或“减小”)。
③由实验结果可知,脱硫反应速率______________ 反应速率(填“大于”或“小于”)。原因是除了SO2和NO在烟气中的初始浓度不同,还可能是____________ 。
(3)如果采用NaClO、Ca(ClO)2替代NaClO2,也能得到较好的烟气脱硫效果。
①从化学平衡原理分析,Ca(ClO)2相比NaClO具有的优点是______________ 。
②知下列反应:
SO2(g)+2OH-(aq) =SO32-(aq)+H2O(l) ΔH1
ClO-(aq)+SO32-(aq)=SO42-(aq)+Cl-(aq)ΔH2
CaSO4(s)=Ca2+(aq)+SO42-(aq) ΔH3
则反应SO2(g)+Ca2+(aq)+ClO-(aq)+2OH-(aq)=CaSO4(s)+H2O(l)+Cl-(aq)的ΔH=______ 。
(1)NaClO2的化学名称为
(2)在鼓泡反应器中通入含有SO2和NO的烟气,反应温度323 K,NaClO2溶液浓度为5×10-3 mol/L。反应一段时间后溶液中离子浓度的分析结果如下表。
离子 | SO42- | SO32- | NO3- | NO2- | Cl- |
c/(mol/L) | 8.35×10-4 | 6.87×10-6 | 1.5×10-4 | 1.2×10-5 | 3.4×10-3 |
①出NaClO2溶液脱硝过程中主要反应的离子方程式
②着吸收反应的进行,吸收剂溶液的pH逐渐
③由实验结果可知,脱硫反应速率
(3)如果采用NaClO、Ca(ClO)2替代NaClO2,也能得到较好的烟气脱硫效果。
①从化学平衡原理分析,Ca(ClO)2相比NaClO具有的优点是
②知下列反应:
SO2(g)+2OH-(aq) =SO32-(aq)+H2O(l) ΔH1
ClO-(aq)+SO32-(aq)=SO42-(aq)+Cl-(aq)ΔH2
CaSO4(s)=Ca2+(aq)+SO42-(aq) ΔH3
则反应SO2(g)+Ca2+(aq)+ClO-(aq)+2OH-(aq)=CaSO4(s)+H2O(l)+Cl-(aq)的ΔH=
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解题方法
【推荐2】“节能减排”和“低碳经济”的一项重要课题就是如何将转化为可利用的资源。
Ⅰ.目前工业上有一种方法是用来生产燃料甲醇。
已知:的燃烧热
反应①
反应②
反应③
(1)___________ ,反应③的___________ (填“>”或“<”)0,反应③在___________ (填“高温”、“低温”或“任何温度”)下能自发进行。
(2)恒温条件下,在某恒容密闭容器中,按照投料仅发生反应③,起始气体总压强为,测得的浓度随时间变化如图所示。
①从反应开始到3min,的平均反应速率___________ ;试在图中绘制出的浓度随时间变化的图像___________ 。
②该反应的平衡常数___________ (填含的表达式)。
(3)恒温条件下,在某恒压密闭容器中仅发生反应①,当反应达到平衡后,向平衡体系中通入惰性气体,平衡___________ (填“向正反应方向移动”、“向逆反应方向移动”或“不移动”)。
Ⅰ.目前工业上有一种方法是用来生产燃料甲醇。
已知:的燃烧热
反应①
反应②
反应③
(1)
(2)恒温条件下,在某恒容密闭容器中,按照投料仅发生反应③,起始气体总压强为,测得的浓度随时间变化如图所示。
①从反应开始到3min,的平均反应速率
②该反应的平衡常数
(3)恒温条件下,在某恒压密闭容器中仅发生反应①,当反应达到平衡后,向平衡体系中通入惰性气体,平衡
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(0.4)
解题方法
【推荐3】我国科学家利用钴分子筛实现丙烯高选择性合成甲基环氧乙烷():
主反应:(g,甲基环氧乙烷)
副反应:(g,丙醛) (a、b都大于0)
请回答下列问题:
(1)(g,甲基环氧乙烷)(g,丙醛)______ 。
(2)一定温度下,在恒容密闭容器中充入和,同时发生上述两个反应,下列表明反应已达到平衡状态的是____________(填标号)。
(3)在恒容密闭容器中充人一定量丙烯和氧气,在不同催化剂Cat1、Cat2条件下发生反应(g,甲基环氧乙烷),测得单位时间内丙烯转化率与温度的关系如图1。
①相对催化效率较大的催化剂是______ (填“Cat1”或“Cat2”)。
②在Cat1催化下,300℃时对应的状态______ (填“是”或“不是”)平衡状态,判断的依据是______ 。
③在Cat1催化下,温度高于300℃时丙烯转化率急剧下降的主要原因可能是_______ 。(答一条即可)
(4)在一密闭容器中充入2mol丙烯和xmol,同时发生上述两个反应,测得丙烯平衡转化率与温度、压强的关系如图2。
①其他条件相同,p1、p2、p3由大到小的顺序为______ 。
②在p3、T℃时反应达到平衡,甲基环氧乙烷选择性为80%,此时容器体积为2L。
提示:甲基环氧乙烷选择性等于甲基环氧乙烷的物质的量与甲基环氧乙烷和丙醛总物质的量之比。
主反应的平衡常数K=____ 。保持温度、容积不变,再充入0.5mol和0.5mol,副反应_____ (填“向正反应方向”、“向逆反应方向”或“不”)进行。
主反应:(g,甲基环氧乙烷)
副反应:(g,丙醛) (a、b都大于0)
请回答下列问题:
(1)(g,甲基环氧乙烷)(g,丙醛)
(2)一定温度下,在恒容密闭容器中充入和,同时发生上述两个反应,下列表明反应已达到平衡状态的是____________(填标号)。
A.混合气体的密度不随时间变化 |
B.混合气体的总压强不随时间变化 |
C.混合气体的平均摩尔质量不随时间变化 |
D.消耗丙烯的速率等于消耗O2速率的2倍 |
①相对催化效率较大的催化剂是
②在Cat1催化下,300℃时对应的状态
③在Cat1催化下,温度高于300℃时丙烯转化率急剧下降的主要原因可能是
(4)在一密闭容器中充入2mol丙烯和xmol,同时发生上述两个反应,测得丙烯平衡转化率与温度、压强的关系如图2。
①其他条件相同,p1、p2、p3由大到小的顺序为
②在p3、T℃时反应达到平衡,甲基环氧乙烷选择性为80%,此时容器体积为2L。
提示:甲基环氧乙烷选择性等于甲基环氧乙烷的物质的量与甲基环氧乙烷和丙醛总物质的量之比。
主反应的平衡常数K=
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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1】以CH4、CO2为原料合成乙酸,是综合开发温室气体资源的新方向。
I.CH4.CO2催化重整间接制乙酸
CH4、CO2催化重整制合成气,再利用合成气制乙酸,涉及的反应如下:
反应l:CH4(g)+CO2(g) ⇌2H2(g)+2CO(g)△H
反应2:2H2(g)+CO(g) ⇌CH3OH(g)△H=-90.9kJ·mol-1
反应3:CH3OH(g)+CO(g) ⇌CH3COOH(g)△H=-118.2kJ·mol-1
(1)已知:CH4(g)+CO2(g) ⇌ CH3COOH(g)△H=+37.9kJ·mol-1则“反应l”的△H=_________
(2)“反应1”的化学反应速率v=k[]m·[]n,k为速率常数。1123K和1173K时,分别保持或不变,测得速率v与、的关系如图所示:
①由图可知,下列叙述正确的是_________ (填标号)。
A.当10kPa≤≤25kPa时,m=l
B.其他条件不变,增大,速率v不一定增大
C.a、b、c三点速率常数的大小关系为:ka>kb>kc
②若初始时按n(CH4):n(CO2)=1:1进气,且Kb=1.3×10-2mol·g-1·s-1·Kpa-2,则b点的化学反应速率v=_________ mol·g-1·s-1。
(3)向盛有催化剂的刚性容器中通入等物质的量的CH4(g)和CO2(g),发生“反应1”。在923K和1173K时,CH4(g)的转化率(α)与时间(t)的关系如图所示。
923K时,CH4(g)的平衡转化率α=_________ ,若平衡时体系的总压强为p0,平衡常数K923K=____ (用含有p0的代数式表示)。
II.CH4、CO2两步法制乙酸
(4)反应CH4(g)+CO2(g)⇌CH3COOH(g)不能自发进行。将该反应拆分成两个连续的步骤进行,可在较温和的条件下实现上述转化,具体过程:
①第二步反应的化学方程式为_________
②为增大CH3COOH的平衡产率,从温度角度考虑,第一步反应在高温下进行,第二步反应在_________ 进行;从H2浓度的角度考虑,应采取的措施是_________ 。
I.CH4.CO2催化重整间接制乙酸
CH4、CO2催化重整制合成气,再利用合成气制乙酸,涉及的反应如下:
反应l:CH4(g)+CO2(g) ⇌2H2(g)+2CO(g)△H
反应2:2H2(g)+CO(g) ⇌CH3OH(g)△H=-90.9kJ·mol-1
反应3:CH3OH(g)+CO(g) ⇌CH3COOH(g)△H=-118.2kJ·mol-1
(1)已知:CH4(g)+CO2(g) ⇌ CH3COOH(g)△H=+37.9kJ·mol-1则“反应l”的△H=
(2)“反应1”的化学反应速率v=k[]m·[]n,k为速率常数。1123K和1173K时,分别保持或不变,测得速率v与、的关系如图所示:
①由图可知,下列叙述正确的是
A.当10kPa≤≤25kPa时,m=l
B.其他条件不变,增大,速率v不一定增大
C.a、b、c三点速率常数的大小关系为:ka>kb>kc
②若初始时按n(CH4):n(CO2)=1:1进气,且Kb=1.3×10-2mol·g-1·s-1·Kpa-2,则b点的化学反应速率v=
(3)向盛有催化剂的刚性容器中通入等物质的量的CH4(g)和CO2(g),发生“反应1”。在923K和1173K时,CH4(g)的转化率(α)与时间(t)的关系如图所示。
923K时,CH4(g)的平衡转化率α=
II.CH4、CO2两步法制乙酸
(4)反应CH4(g)+CO2(g)⇌CH3COOH(g)不能自发进行。将该反应拆分成两个连续的步骤进行,可在较温和的条件下实现上述转化,具体过程:
①第二步反应的化学方程式为
②为增大CH3COOH的平衡产率,从温度角度考虑,第一步反应在高温下进行,第二步反应在
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【推荐2】利用1-甲基萗()制备四氢萘类物质(,包括和)。反应过程中伴有生成十氢萘的副反应,涉及反应如图:
(1)已知一定条件下反应的焓变分别为,则反应的焓变为___________ (用含的代数式表示)。
(2)四个平衡体系的平衡常数与温度的关系如图甲所示。
①分别为反应和的平衡常数随温度变化的曲线,则表示反应的平衡常数随温度变化曲线为___________ 。
②已知反应的速率方程,(、分别为正、逆反应速率常数,只与温度、催化剂有关)。温度下反应达到平衡时,温度下反应达到平衡时。由此推知,___________ (填“>”,“<”或“=”)。
③下列说法不正确的是___________ 。
A.四个反应均为放热反应
B.压强越大,温度越低越有利于生成四氢萘类物质
C.反应体系中最稳定
D.由上述信息可知,时反应速率最快
(3)在的高压氛围下反应(压强近似等于总压)。不同温度下达平衡时各产物的选择性(某生成物的物质的量与消耗的物质的量之比)和物质的量分数(表示物种与除外其他各物种总物质的量之比)随平衡转化率的变化关系如图乙所示,平衡转化率为时,的产率=___________ ;y为时反应的平衡常数___________ 。
(4)一种以水为原料制氢的原理示意图如下,氢气在阴极生成。催化剂在太阳能的作用下产生电子和空穴,电子和空穴分别与和发生反应。用离子方程式表示氧气的产生原理___________ 。
(1)已知一定条件下反应的焓变分别为,则反应的焓变为
(2)四个平衡体系的平衡常数与温度的关系如图甲所示。
①分别为反应和的平衡常数随温度变化的曲线,则表示反应的平衡常数随温度变化曲线为
②已知反应的速率方程,(、分别为正、逆反应速率常数,只与温度、催化剂有关)。温度下反应达到平衡时,温度下反应达到平衡时。由此推知,
③下列说法不正确的是
A.四个反应均为放热反应
B.压强越大,温度越低越有利于生成四氢萘类物质
C.反应体系中最稳定
D.由上述信息可知,时反应速率最快
(3)在的高压氛围下反应(压强近似等于总压)。不同温度下达平衡时各产物的选择性(某生成物的物质的量与消耗的物质的量之比)和物质的量分数(表示物种与除外其他各物种总物质的量之比)随平衡转化率的变化关系如图乙所示,平衡转化率为时,的产率=
(4)一种以水为原料制氢的原理示意图如下,氢气在阴极生成。催化剂在太阳能的作用下产生电子和空穴,电子和空穴分别与和发生反应。用离子方程式表示氧气的产生原理
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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】甲醇制烯烃是一项非石油路线烯烃生产技术。
I.甲醇在一定条件下可发生反应生成,烯烃产物之间存在如下转化关系:
反应Ⅰ:
反应Ⅱ:
反应Ⅲ:
反应达平衡时,三种组分的物质的量分数随温度的变化关系如图所示。
(1)反应Ⅲ的_______ 。
(2)图1中曲线b代表的组分是_______ ,曲线代表的组分是_______ 。
(3)后,曲线a下降的原因是_______ 。
Ⅱ.将和充入恒容密闭容器中,分别在两种不同催化剂I、Ⅱ下发生反应,相同时间内的转化率随温度变化曲线如图所示。
(4)催化剂I、Ⅱ中催化效率较高的是_______ 。
(5)在催化剂作用下,随温度的升高,的转化率先增大后减小,理由是_______
(6)已知C点容器内压强为P,在温度下,用平衡分压代替平衡浓度表示的压强平衡常数为_______ (用含P的关系式表示,已知:分压=气体总压气体体积分数)。
I.甲醇在一定条件下可发生反应生成,烯烃产物之间存在如下转化关系:
反应Ⅰ:
反应Ⅱ:
反应Ⅲ:
反应达平衡时,三种组分的物质的量分数随温度的变化关系如图所示。
(1)反应Ⅲ的
(2)图1中曲线b代表的组分是
(3)后,曲线a下降的原因是
Ⅱ.将和充入恒容密闭容器中,分别在两种不同催化剂I、Ⅱ下发生反应,相同时间内的转化率随温度变化曲线如图所示。
(4)催化剂I、Ⅱ中催化效率较高的是
(5)在催化剂作用下,随温度的升高,的转化率先增大后减小,理由是
(6)已知C点容器内压强为P,在温度下,用平衡分压代替平衡浓度表示的压强平衡常数为
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