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题型:解答题-工业流程题 难度:0.65 引用次数:195 题号:18521105
铬(Cr)广泛应用于冶金、化工、航天等领域。工业上以络铁矿(主要成分为,含有少量)为原料制备金属铬的工艺流程如图所示:

回答下列问题:
(1)基态核外电子中未成对电子数为___________
(2)“焙烧”中生成的氧化产物有___________(填化学式,下同),转化为___________
(3)常温下,“沉铝”时调节pH,当a=5时,溶液中,则的溶度积常数为___________
(4)“酸化”中反应的离子方程式为___________,若该反应的平衡常数,已知:“酸化”后溶液中,则溶液中___________
(5)Ca、O、Cr可以形成一种具有特殊导电性的复合氧化物,晶胞结构如图所示,其中采用面心立方最密堆积方式(处于面对角线上的钙离子与氧离子紧密相邻)。

①已知钙离子、氧离子半径分别为xpm、ypm,晶胞中位于所形成的正八面体的体心,该正八面体的边长为___________pm。
②已知阿伏加德罗常数为,则该复合氧化物的摩尔体积___________(列出计算式)。

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【推荐1】我国对世界郑重承诺:2030年前实现碳达峰,2060年前实现碳中和,其中的关键技术是运用催化转化法实现二氧化碳的碳捕集和碳利用。请回答下列问题:
一定温度下,CO2和H2在催化剂作用下可发生a、b两个平行反应,分别生成CH3OH和CO。
a:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)       △H1=-49.5kJ•mol-1
b:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)       △H2=+41.2kJ•mol-1
(1)相同温度下,反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)的△H3=________kJ•mol-1
(2)若CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)        △S=-175J•mol-1•K-1,下列温度下反应能自发进行的是_______(填序号)。
A.5℃B.10℃C.50℃D.500℃

(3)投料比=3,在恒温恒容条件下发生反应,下列说法能作为反应a达到平衡状态的判据是_______(填选项字母)。
A.气体密度不再变化
B.CO2的体积分数不再变化
C.气体平均相对分子质量不再变化
D.不再变化
E.CO2、H2、CH3OH、H2O的物质的量之比为1:3:1:1
(4)按照n(CO2):n(H2)=1:3投料,在恒容密闭容器中进行反应,CO2的平衡转化率随温度和压强变化如图所示。

①压强P1、P2、P3由大到小的顺序是_______
②同时增大CO2的平衡转化率和CH3OH的产率可采取的措施是_______
③一种应用双极膜(由阳离子和阴离子交换膜构成)通过电化学还原CO2制备甲醇的电解原理如图所示。催化电极的电极反应式为_______,双极膜内每消耗18g水,理论上石墨电极产生标准状况下_______LO2

(5)二氧化碳催化加氢制甲醇的反应中[CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)       △H<0]在起始物=3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x(CH3OH),在T=250℃时,x(CH3OH)随压强(p)的变化及在p=5×103Pa时x(CH3OH)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”)。
②恒温时(T=250℃),当x(CH3OH)=0.10时,CO2的平衡转化率α=_______(保留小数点后一位),此条件下该反应的Kp=_______Pa-2。(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)。
2023-11-01更新 | 49次组卷
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【推荐2】煤气绿色电加热技术对于工业领域用能结构优化具有积极意义。煤气中的有效成分为,通常含有等杂质。煤气加热过程中,发生的主要气相反应有:
Ⅰ.   
Ⅱ.   
Ⅲ.   
(1)反应Ⅲ为转化为的更要反应,该反应在___________(填“高温”或“低温”)下进行有利于提高的平衡转化率。
(2)煤气电加热过程的析碳是制约该技术发展的关键问题之一,加热过程中主要的析碳副反应如下:
Ⅳ.   
Ⅴ.   
某研究组利用管式反应器开展煤气电加热实验,以的混合气体模拟实际煤气组成,三种组分的物质的武分数比为。煤气以的流率通过管式反应器,后基于反应器的质量变化计算析碳量。通过改变反应器温度及压力,得到三个压力下的实验结果如图所示:

下实验对应的析碳曲线为___________(填“a”“b”或“c”)。
②反应器中通过单位体积煤气产生的析碳量为析碳速率。在P点对应的温度、压力条件下,析碳速率为___________(结果保留2位小数)。
实验中,某温度下测得反应器出口处的物质的具分数分别为50%、27%、2%,已知反应V的平衡常数,则出口处反应V___________(填“达到”或“未达到”)平衡,判断依据为___________
④根据图示实验结果,一定压力下析碳量随温度升高呈现先增大后降低的趋势,其原因为___________
(3)针对煤气电加热析碳问题,研究者提出在煤气中加入一定比例的来抑制析碳,某研究组用一定比例的代替掺入煤气中进行实验,得到析碳量随掺入比例变化如图所示。
       
①析碳量随加入添加比例增加而降低,请结合反应方程式解释原因:___________
②结合反应速率及反应平衡分析,请再写出一条減少管式反应器煤气加热过程析碳的方法:___________
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【推荐3】以天然气(CH4)为原料合成甲醇(CH3OH)。有关热化学方程式如下:
①2CH4(g)+O2(g)= 2CO(g)+4H2(g) ΔH1=-70.8 kJ·mol-1


(1)ΔH2________kJ·mol-1。 反应①自发进行的条件是_________(填序号)。
a 高温          b 低温             c 任何环境都自发 d 任何环境都不自发
(2)若在一定温度下的恒压容器中只投入1 mol CO和1 mol H2只发生反应②,下列量不再变化时可以判断反应达到平衡的是_________
a 压强                  b 密度                  c 混合气的平均摩尔质量 d CO的体积分数
(3)在体积可变的密闭容器中投入1 mol CO和2 mol H2,在不同条件下发生反应:。实验测得平衡时CH3OH的物质的量随温度、压强的变化如图1所示。

①M点时,H2的转化率为__________;压强:p1_______p2 (填“>”、“<”或“=”)。
②反应速率:N点ʋ (CO)________M点ʋ (CO)(填“>”、“<”或“=”)。
③温度为506 ℃时,若压强为p1、在密闭容器中进行上述反应(起始投料不变),平衡时容器体积为1L,则平衡常数K=__________(用分数表示)。在不同温度下上述反应的平衡常数的对数(lg K)如图2所示,则B、C、D、E四点中能正确表示该反应的lg K与T的关系的点为_______(填字母)。
④在2 L恒容密闭容器中充入a(a>0) mol H2、2 mol CO和6 mol CH3OH(g),在506 ℃下进行上述反应。为了使该反应逆向进行,a的范围为____________
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