氢气是一种理想的能源，探索绿色化制氢是化学界一个热门话题。(本题反应中涉及△H、△S、△G均为298K条件值)。
(1)传统制备氢气方法之一为水煤气法：C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)△H=+132kJ·mol-1，该反应自发进行的条件是____ 。
(2)利用生物质可再生资源乙醇制备氢气具有良好的开发前景。乙醇在Ni－MgO催化下，制取氢气有如下方法：
方法a：水蒸气催化重整CH3CH2OH(g)+H2O(g)
4H2(g)+2CO(g)△H1=+257kJ·mol-1△S1=+459J·mol-1·K-1△G1=+122.9kJ·mol-1
方法b：部分催化重整CH3CH2OH(g)+
O2(g)3H2(g)+2CO(g)△H2△S2=+400J·mol-1·K-1△G2
已知：298K时，相关物质的相对能量如图1。
①依据图1数据，计算方法b反应的△H2=_____ kJ·mol-1。
②已知体系自由能变化：△G=△H-T△S，△G<0时反应自发进行。请从△G的角度分析方法a、b哪个更有利？______ 。
③在某恒温和恒压(p0)体系中，CH3CH2OH和H2O以系数比投料进行方法a制氢，若平衡时H2的产率为50%，该条件下方法a反应的平衡常数Kp=____ 。[如H2的平衡压强p(H2)= χ(H2)×p，χ(H2)为平衡系统中H2的物质的量分数，p为平衡时总压]
(3)有化学工作者提出，在Ni－MgO催化剂中添加纳米CaO强化，开展“催化氧化重整”制氢，是一种优化的制氢方法。
方法c：CH3CH2OH(g)+2H2O(g)+O2(g)5H2(g)+2CO2(g)△H=-67kJ·mol-1
①下列有关说法正确的是____ 。
A.方法c制氢时，充分提高廉价原料O2的浓度，一定能增加氢气产率
B.方法c与a比，相同条件下方法c能耗更低，制氢速率更快
C.乙醇制氢的三种方法中原子利用率(期望产物的总质量与生成物总质量之比)大小关系为：c>a>b
D.方法c相当于方法b与水煤气变换CO(g)+H2O(g)
CO2(g)+H2(g)的优化组合水醇比
对乙醇平衡转化率有较大影响
②已知：常压、800K，反应在Ni－MgO催化下，测得乙醇平衡转化率与水醇比关系如图。请在图2中画出相同条件下，添加纳米CaO强化下的乙醇平衡转化率曲线____ 。
(1)传统制备氢气方法之一为水煤气法：C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)△H=+132kJ·mol-1，该反应自发进行的条件是
(2)利用生物质可再生资源乙醇制备氢气具有良好的开发前景。乙醇在Ni－MgO催化下，制取氢气有如下方法：
方法a：水蒸气催化重整CH3CH2OH(g)+H2O(g)
4H2(g)+2CO(g)△H1=+257kJ·mol-1△S1=+459J·mol-1·K-1△G1=+122.9kJ·mol-1方法b：部分催化重整CH3CH2OH(g)+
O2(g)3H2(g)+2CO(g)△H2△S2=+400J·mol-1·K-1△G2已知：298K时，相关物质的相对能量如图1。
①依据图1数据，计算方法b反应的△H2=
②已知体系自由能变化：△G=△H-T△S，△G<0时反应自发进行。请从△G的角度分析方法a、b哪个更有利？
③在某恒温和恒压(p0)体系中，CH3CH2OH和H2O以系数比投料进行方法a制氢，若平衡时H2的产率为50%，该条件下方法a反应的平衡常数Kp=
(3)有化学工作者提出，在Ni－MgO催化剂中添加纳米CaO强化，开展“催化氧化重整”制氢，是一种优化的制氢方法。
方法c：CH3CH2OH(g)+2H2O(g)+
O2(g)5H2(g)+2CO2(g)△H=-67kJ·mol-1①下列有关说法正确的是
A.方法c制氢时，充分提高廉价原料O2的浓度，一定能增加氢气产率
B.方法c与a比，相同条件下方法c能耗更低，制氢速率更快
C.乙醇制氢的三种方法中原子利用率(期望产物的总质量与生成物总质量之比)大小关系为：c>a>b
D.方法c相当于方法b与水煤气变换CO(g)+H2O(g)
CO2(g)+H2(g)的优化组合水醇比对乙醇平衡转化率有较大影响②已知：常压、800K，反应在Ni－MgO催化下，测得乙醇平衡转化率与水醇比关系如图。请在图2中画出相同条件下，添加纳米CaO强化下的乙醇平衡转化率曲线
22-23高三上·浙江·开学考试 查看更多[2]
更新时间：2022-08-29 12:34:17
|
相似题推荐
解答题-工业流程题
|
较难
(0.4)
名校
【推荐1】工业制硫酸生产流程如下图：
（1）实验室常用过量的氢氧化钠溶液吸收SO2尾气，该反应的离子方程式为_________ 。
（2）已知SO2和O2生成SO 3的反应过程放热。在催化反应室中，下列措施有利于提高SO2平衡转化率的有_______ 。（填写编号）
A．减少压强
B．升高温度
C．不断补充空气
D．及时分离出SO3
（3）在工业制硫酸生产中，为提高催化剂效率采取的措施有________ （答出1点即可）。
（4）在450℃、常压和钒催化条件下，在容积为2L的恒容容器中加入2molSO2和1molO2。
①下列选项中不能作为判断该反应是否达平衡状态的标志的是__________ 。（填写编号）
A．混合气密度不变化
B．SO2百分含量保持不变
C．容器中气体的压强不变
D．SO3的生成速率与SO2的消耗速率相等
E．气体总物质的量不变
②达平衡后，测得平衡常数为K，若此时O2的转化率为x，则K和x的关系满足：K＝_____ 。
（5）SO2和O2的反应在恒容密闭容器中发生，如图、2表示在时刻t1达到平衡、在时刻t2因改变某个条件而发生变化的情况，根据如图、如图相关信息，判断t2发生改变的条件是________ 。
（1）实验室常用过量的氢氧化钠溶液吸收SO2尾气，该反应的离子方程式为
（2）已知SO2和O2生成SO 3的反应过程放热。在催化反应室中，下列措施有利于提高SO2平衡转化率的有
A．减少压强
B．升高温度
C．不断补充空气
D．及时分离出SO3
（3）在工业制硫酸生产中，为提高催化剂效率采取的措施有
（4）在450℃、常压和钒催化条件下，在容积为2L的恒容容器中加入2molSO2和1molO2。
①下列选项中不能作为判断该反应是否达平衡状态的标志的是
A．混合气密度不变化
B．SO2百分含量保持不变
C．容器中气体的压强不变
D．SO3的生成速率与SO2的消耗速率相等
E．气体总物质的量不变
②达平衡后，测得平衡常数为K，若此时O2的转化率为x，则K和x的关系满足：K＝
（5）SO2和O2的反应在恒容密闭容器中发生，如图、2表示在时刻t1达到平衡、在时刻t2因改变某个条件而发生变化的情况，根据如图、如图相关信息，判断t2发生改变的条件是
您最近一年使用：0次
解答题-原理综合题
|
较难
(0.4)
名校
解题方法
【推荐2】一碳化学的研究对象是分子中只含一个碳原子的化合物，如CO2、CO、CH4等，回答下列问题：
(1)CO2的综合治理有助于减缓温室效应。已知下列热化学方程式：
i．2CO2(g)+6H2(g)
CH3OCH3(g)+3H2O(g)△H1=-122.6kJ•mol-1
ii．CH3OCH3(g)+H2O(g)2CH3OH(g)△H2=+23.4kJ•mol-1
ⅲ．CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)△H3
Ⅳ．CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)△H4=+206.4kJ•mol-1
v．CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)△H5=-41kJ•mol-1
①△H3=___ 。
②我国科学研究工作者研究了在Cu—ZnO—ZrO2催化剂条件下ⅲ的反应机理，反应机理如图1所示。下列说法正确的是___ (填字母)。
A．增大体系中CO2的投入量有利于提高CO2的转化率
B．活性*H是合成甲醇的必要中间体
C．使用催化剂可以降低反应的活化能及反应热
③一定条件下，向某密闭容器中
=
投料，发生反应ⅲ，反应达到平衡时，容器中H2的平衡转化率与压强、温度的关系如图2所示，则温度T1、T2、T3由大到小的顺序为___ 。
④向催化剂Cu—ZnO—ZrO2中加入Mn助剂能够提高二甲醚(CH3OCH3)的产率，通过研究Mn%值对反应的影响，得到数据如表：
由上表数据可知，为获得更多二甲醚，合适的Mn%值为___ 。
(2)将等物质的量的CH4(g)和H2O(g)加入恒温恒容密闭容器(压强为100kPa)中，发生反应ⅳ和v，容器内气体的压强随时间的变化关系如表所示。
300min时，体系__ (填“处于”或“不处于”)平衡状态。反应ⅳ前180min内平均反应速率v(CH4)=__ kPa•min-1(保留小数点后2位，下同)，300min时，测得氢气分压[p(H2)]为105kPa，Kp为用气体分压表示的平衡常数，分压－总压×物质的量分数，则反应v的平衡常数Kp=__ 。
(1)CO2的综合治理有助于减缓温室效应。已知下列热化学方程式：
i．2CO2(g)+6H2(g)
CH3OCH3(g)+3H2O(g)△H1=-122.6kJ•mol-1ii．CH3OCH3(g)+H2O(g)
2CH3OH(g)△H2=+23.4kJ•mol-1ⅲ．CO2(g)+3H2(g)
CH3OH(g)+H2O(g)△H3Ⅳ．CH4(g)+H2O(g)
CO(g)+3H2(g)△H4=+206.4kJ•mol-1v．CO(g)+H2O(g)
CO2(g)+H2(g)△H5=-41kJ•mol-1①△H3=
②我国科学研究工作者研究了在Cu—ZnO—ZrO2催化剂条件下ⅲ的反应机理，反应机理如图1所示。下列说法正确的是
A．增大体系中CO2的投入量有利于提高CO2的转化率
B．活性*H是合成甲醇的必要中间体
C．使用催化剂可以降低反应的活化能及反应热
③一定条件下，向某密闭容器中
=投料，发生反应ⅲ，反应达到平衡时，容器中H2的平衡转化率与压强、温度的关系如图2所示，则温度T1、T2、T3由大到小的顺序为④向催化剂Cu—ZnO—ZrO2中加入Mn助剂能够提高二甲醚(CH3OCH3)的产率，通过研究Mn%值对反应的影响，得到数据如表：
| Mn% | CO2的转化率/% | 选择性 | 产率 | ||
| CH3OCH3 | CH3OH | CO | CH3OCH3 | ||
| 0 | 28.9 | 55.1 | 12.9 | 32.0 | 15.9 |
| 0.5 | 30.3 | 56.0 | 13.3 | 30.7 | 17.0 |
| 1 | 33.4 | 57.5 | 12.6 | 29.9 | 19.2 |
| 2 | 28.9 | 50.1 | 12.8 | 37.1 | 14.5 |
(2)将等物质的量的CH4(g)和H2O(g)加入恒温恒容密闭容器(压强为100kPa)中，发生反应ⅳ和v，容器内气体的压强随时间的变化关系如表所示。
| 时间/min | 0 | 60 | 120 | 180 | 240 | 300 | 360 |
| 压强/kPa | 100 | 118 | 132 | 144 | 154 | 162 | 162 |
您最近一年使用：0次
解答题-原理综合题
|
较难
(0.4)
解题方法
【推荐3】磷酸是重要的化学试剂和工业原料。请回答下列问题：
（1）已知：25°C时，磷酸和碳酸的电离常数如下表所示。
向Na2CO3溶液中滴加少量H3PO4溶液，反应的离子方程式为__ 。
（2）已知：
I.CaO(s)+H2SO4(l)=CaSO4(s)+H2O(l) ∆H= -271kJ·mol-1
II.5CaO(s)+3H3PO4(l)+HF(g)=Ca3(PO4)3F(s)+5H2O(l) ∆H=-937 kJ·mol-1
回答下列问题：
①工业上用Ca3(PO4)3F和硫酸反应制备磷酸的热化学方程式为__ 。
②一定条件下，在密闭容器中只发生反应II，达到平衡后缩小容器容积，HF的平衡转化率__ (填“增大”“减小”或“不变”，下同)；HF的平衡浓度__ 。
（3）工业上用磷尾矿制备Ca3(PO4)3F时生成的副产物CO可用于制备H2，原理为CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g) ∆H。
①一定温度下，向10L密闭容器中充入0.5molCO和lmolH2O(g)，2min达到平衡时，测得0~2min内用CO2表示的反应速率v(CO2)=0.02mol·L-1·min-1。则CO的平衡转化率a=__ ，该反应的平衡常数K=__ 。
②在压强不变的密闭容器中发生上述反应，设起始的
=y，CO的平衡体积分数(φ)与温度(T)的关系如图所示。则：该反应的∆H__ 0(填“>”“<”或“=”，下同)。a_ 1，理由为__ 。
（1）已知：25°C时，磷酸和碳酸的电离常数如下表所示。
物质 | H3PO4 | H2CO3 |
电离常数 | Ka1=7.1×10-3 Ka2= 6.3×10-8 Ka3= 4.2×10-8 | Ka1=4.4×10-7 Ka2=4.7×10-11 |
（2）已知：
I.CaO(s)+H2SO4(l)=CaSO4(s)+H2O(l) ∆H= -271kJ·mol-1
II.5CaO(s)+3H3PO4(l)+HF(g)=Ca3(PO4)3F(s)+5H2O(l) ∆H=-937 kJ·mol-1
回答下列问题：
①工业上用Ca3(PO4)3F和硫酸反应制备磷酸的热化学方程式为
②一定条件下，在密闭容器中只发生反应II，达到平衡后缩小容器容积，HF的平衡转化率
（3）工业上用磷尾矿制备Ca3(PO4)3F时生成的副产物CO可用于制备H2，原理为CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g) ∆H。
①一定温度下，向10L密闭容器中充入0.5molCO和lmolH2O(g)，2min达到平衡时，测得0~2min内用CO2表示的反应速率v(CO2)=0.02mol·L-1·min-1。则CO的平衡转化率a=
②在压强不变的密闭容器中发生上述反应，设起始的
=y，CO的平衡体积分数(φ)与温度(T)的关系如图所示。则：该反应的∆H
您最近一年使用：0次
解答题-原理综合题
|
较难
(0.4)
解题方法
【推荐1】固体燃料是目前我国合成氨生产的主要原料，随着煤气化技术的进步，多煤种均可作为合成氨的原料。以煤为原料的合成氨生产流程由三个基本部分组成：
(1)原料气的制备过程中主要发生反应：
I．
Ⅱ．
图1为碳与水蒸气反应的平衡常数与温度的关系图，图2表示了氧煤比对气化过程的影响，氧煤比的大小是影响气化炉温度、碳转化率、煤中有效气体(CO+H2)含量高低的重要因素。
①由图1可知，高温有利于提高___________ 和___________ 的含量。
②试分析原料气制备过程中通入O2的原因：___________ ；由图可知，合适的氧煤比
应保证在___________ 左右。
(2)原料气的净化过程中，脱碳工序须将CO2去除。N-甲基二乙醇胺(简称MDEA，分子式可简写为R2CH3N)水溶液因其选择性高、溶剂消耗少、对设备腐蚀小、可再生等优点被广泛使用。MDEA吸收CO2的反应可表示为：
①脱碳工序可防止CO2在低温下固化变为干冰，堵塞设备和管道，还可防止___________ 。
②从结构角度分析MDEA具有碱性的原因：___________ 。
③标准平衡常数
可以表示平衡时各物质的浓度关系：如反应
的
，其中
，
为标准大气压，
、
分别为气体的分压，分压=气体物质的量分数×总压。在T℃时的刚性密闭容器中，用20L2.3mol/L的MDEA溶液吸收总压为
的合成氨原料气(含体积分数分别为30%的N2、55%的H2、15%的CO2)，充分吸收后，MDEA浓度降低为2.0mol/L，二氧化碳的吸收率为60%，忽略反应过程中溶液的体积变化，则反应的标准平衡常数
___________ (保留2位有效数字)。
(3)影响合成氨工艺条件的主要因素是空间速度(单位时间内通过单位体积催化剂的气量，简称空速)、反应温度、合成压力和气体组成等。目前30MPa的中压法合成塔，空速一般为
，原因是___________ 。
| 原料气的制备 | → | 原料气的净化 | → | 气体的压缩与氨的合成 |
(1)原料气的制备过程中主要发生反应：
I．
Ⅱ．
图1为碳与水蒸气反应的平衡常数与温度的关系图，图2表示了氧煤比对气化过程的影响，氧煤比的大小是影响气化炉温度、碳转化率、煤中有效气体(CO+H2)含量高低的重要因素。
①由图1可知，高温有利于提高
②试分析原料气制备过程中通入O2的原因：
应保证在(2)原料气的净化过程中，脱碳工序须将CO2去除。N-甲基二乙醇胺(简称MDEA，分子式可简写为R2CH3N)水溶液因其选择性高、溶剂消耗少、对设备腐蚀小、可再生等优点被广泛使用。MDEA吸收CO2的反应可表示为：
①脱碳工序可防止CO2在低温下固化变为干冰，堵塞设备和管道，还可防止
②从结构角度分析MDEA具有碱性的原因：
③标准平衡常数
可以表示平衡时各物质的浓度关系：如反应的，其中，为标准大气压，、分别为气体的分压，分压=气体物质的量分数×总压。在T℃时的刚性密闭容器中，用20L2.3mol/L的MDEA溶液吸收总压为的合成氨原料气(含体积分数分别为30%的N2、55%的H2、15%的CO2)，充分吸收后，MDEA浓度降低为2.0mol/L，二氧化碳的吸收率为60%，忽略反应过程中溶液的体积变化，则反应的标准平衡常数(3)影响合成氨工艺条件的主要因素是空间速度(单位时间内通过单位体积催化剂的气量，简称空速)、反应温度、合成压力和气体组成等。目前30MPa的中压法合成塔，空速一般为
，原因是
您最近一年使用：0次
解答题-原理综合题
|
较难
(0.4)
【推荐2】硫酸制备工艺
对于V2O5催化剂存在下的反应：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)，当SO2与空气(O2与N2的体积分数分别为0.210与0.790)投料比为1∶5，总压保持100kPa下，分别在673K和873K下达到平衡，测得SO2的平衡转化率分别为99.3%和74.5%。
(1)计算两个温度下的标准平衡常数Kθ_____ 。
(2)请说明该反应的实际温度控制在673K左右的原因_____ 。
(3)保持其他条件不变，只把总压增大为原来的5倍，温度为673K下达到平衡。求这时SO2的平衡转化率_____ 。
(4)根据计算结果说明实际工艺中如何控制压力条件_____ ？
对于V2O5催化剂存在下的反应：2SO2(g)+O2(g)
2SO3(g)，当SO2与空气(O2与N2的体积分数分别为0.210与0.790)投料比为1∶5，总压保持100kPa下，分别在673K和873K下达到平衡，测得SO2的平衡转化率分别为99.3%和74.5%。(1)计算两个温度下的标准平衡常数Kθ
(2)请说明该反应的实际温度控制在673K左右的原因
(3)保持其他条件不变，只把总压增大为原来的5倍，温度为673K下达到平衡。求这时SO2的平衡转化率
(4)根据计算结果说明实际工艺中如何控制压力条件
您最近一年使用：0次
【推荐3】碳、氮元素及其化合物对生产、生活有重要的意义。回答下列问题：
(1)以
与
为原料可合成尿素
。已知：
①
②
③
写出和合成尿素和液态水的热化学方程式______________________________ 。
(2)
可用于富集得到高浓度。原理是：在
，低浓度与接触后生成两种锂盐；平衡后加热至
，反应逆向进行，放出高浓度，再生。时反应的化学方程式为____________________ 。
(3)在体积为
的密闭恒容容器中，充入
和
，发生反应：
测得温度对的平衡转化率（
）和催化剂催化效率的影响如图所示。
①欲提高的平衡转化率，可采取的措施有__________ （填序号）
A．通入惰性气体 B．升高温度 C．增加浓度 D．增加
浓度
②下列说法正确的是__________ （填序号）。
A．平衡常数大小：
B．其他条件不变，若不使用催化剂，则
时的平衡转化率可能位于点
C．其他条件不变，加入催化剂可以降低该反应活化能，
不变
D．当压强或混合气体的密度保持不变时均可证明化学反应已达到平衡状态
③已知M点总压为
，该反应在此温度下的平衡常数
__________ 
。（
是用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数，气体分压=气体总压×体积分数）
(4)固体氧化物电解池（
）用于高温共电解
，既可高效制备合成气（
），又可实现的减排，其工作原理如图。写出电极c发生的电极反应式：______________________________ 。
电解生成的合成气在催化剂作用下发生如下反应：
。对此反应进行如下研究：某温度下在一恒压容器中分别充入
和
，达到平衡时容器体积为
，且含有
。此时向容器中再通入
气体，则此平衡将__________ 移动（填“向正反应方向”“不”或“向逆反应方向”）。
(1)以
与为原料可合成尿素。已知：①
②
③
写出
和合成尿素和液态水的热化学方程式(2)
可用于富集得到高浓度。原理是：在，低浓度与接触后生成两种锂盐；平衡后加热至，反应逆向进行，放出高浓度，再生。时反应的化学方程式为(3)在体积为
的密闭恒容容器中，充入和，发生反应：测得温度对的平衡转化率（）和催化剂催化效率的影响如图所示。①欲提高
的平衡转化率，可采取的措施有A．通入惰性气体 B．升高温度 C．增加
浓度 D．增加浓度②下列说法正确的是
A．平衡常数大小：
B．其他条件不变，若不使用催化剂，则
时的平衡转化率可能位于点C．其他条件不变，加入催化剂可以降低该反应活化能，
不变D．当压强或混合气体的密度保持不变时均可证明化学反应已达到平衡状态
③已知M点总压为
，该反应在此温度下的平衡常数。（是用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数，气体分压=气体总压×体积分数）(4)固体氧化物电解池（
）用于高温共电解，既可高效制备合成气（），又可实现的减排，其工作原理如图。写出电极c发生的电极反应式：电解生成的合成气在催化剂作用下发生如下反应：
。对此反应进行如下研究：某温度下在一恒压容器中分别充入和，达到平衡时容器体积为，且含有。此时向容器中再通入气体，则此平衡将
您最近一年使用：0次
