CO2资源化利用和转化、消除硫、氮等引起的污染已成为当今科学研究的热点。
(1)加氢法减碳:制甲醇的总反应可表示为:CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g) ΔH。该反应一般认为通过如下步骤来实现:
Ⅰ.CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g) ΔH1=+41kJ·mol-1
Ⅱ.CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g) ΔH2=-90kJ·mol-1
①总反应的ΔH=_______ kJ·mol-1;
②若反应Ⅰ为慢反应,下列示意图中能体现上述反应能量变化的是_______ 填标号)。
A. B.
③CH4和CO2都是比较稳定的分子,科学家利用电化学装置实现两种分子的耦合转化,其原理如下图所示,阴极上的反应式为_______ 。
(2)吸收法脱硫:亚硫酸铵溶液可以处理SO2,(NH4)2SO3+SO2+H2O=2NH4HSO3,25℃时溶液pH与各组分物质的量分数变化关系如图所示。b点时溶液pH=7,则_______ 。
(3)还原法脱氮:用催化剂协同纳米零价铁去除水体中NO。催化还原过程如图所示。
①该反应机理中生成N2的过程可描述为_______ 。
②过程中NO去除率及N2生成率如图所示,为有效降低水体中氮元素的含量,宜调整水体pH为4.2,当时,随pH减小,N2生成率逐渐降低的原因是_______ 。
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Ⅱ.CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g) ΔH2=-90kJ·mol-1
①总反应的ΔH=
②若反应Ⅰ为慢反应,下列示意图中能体现上述反应能量变化的是
A. B.
③CH4和CO2都是比较稳定的分子,科学家利用电化学装置实现两种分子的耦合转化,其原理如下图所示,阴极上的反应式为
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①该反应机理中生成N2的过程可描述为
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更新时间:2023/03/28 21:03:01
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解题方法
【推荐1】甲烷作为一种新能源在化学领域应用广泛,请回答下列问题。
(1)高炉冶铁过程中,甲烷在催化反应室中产生水煤气(CO和H2)还原氧化铁,有关反应为:CH4(g)+CO2(g)===2CO(g)+2H2(g) ΔH=260 kJ·mol-1
已知:2CO(g)+O2(g)===2CO2(g)
ΔH=-566 kJ·mol-1。
则CH4与O2反应生成CO和H2的热化学方程式为_________________________________ 。
(2)如下图所示,装置Ⅰ为甲烷燃料电池(电解质溶液为KOH溶液),通过装置Ⅱ实现铁棒上镀铜。
①a处应通入________ (填“CH4”或“O2”),b处电极上发生的电极反应式是__________________________________ 。
②电镀结束后,装置Ⅰ中溶液的pH________ (填写“变大”“变小”或“不变”,下同),装置Ⅱ中Cu2+的物质的量浓度________ 。
③电镀结束后,装置Ⅰ溶液中的阴离子除了OH-以外还含有________ (忽略水解)。
④在此过程中若完全反应,装置Ⅱ中阴极质量变化12.8 g,则装置Ⅰ中理论上消耗甲烷________ L(标准状况下)。
(1)高炉冶铁过程中,甲烷在催化反应室中产生水煤气(CO和H2)还原氧化铁,有关反应为:CH4(g)+CO2(g)===2CO(g)+2H2(g) ΔH=260 kJ·mol-1
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【推荐2】氮、碳氧化物的排放会对环境造成污染。多年来化学工作者对氮、碳的氧化物做了广泛深入的研究并取得一些重要成果。
I.已知2NO(g)+O2(g)⇌2NO2(g)的反应历程分两步:
第一步:2NO(g)⇌N2O2(g)(快) ∆H1<0;v1正=k1正c2(NO); v1逆=k1逆c(N2O2)
第二步:N2O2(g)+O2(g)⇌2NO2(g)(慢 )∆H2<0;v2正=k2正c(N2O2)c(O2); v2逆=k2逆c2(NO2)
①在两步的反应中,哪一步反应的活化能更大______ (填“第一步”或“第二步”)。
②一定温度下,反应2NO(g)+O2(g)⇌2NO2(g)达到平衡状态,请写出用k1正、k1逆、k2正、k2逆表示的平衡常数表达式K=_______ ;
II.(1)利用CO2和CH4重整不仅可以获得合成气(主要成分为CO、H2),还可减少温室气体的排放。已知重整过程中部分反应的热化方程式为:
①CH4(g)=C(s)+2H2(g) ΔH1>0
②CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g) ΔH2>0
③CO(g)+H2(g)=C(s)+H2O(g) ΔH3<0
则反应CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g)的ΔH=_________ (用含ΔH1、ΔH2、ΔH3的代数式表示)
(2)在密闭容器中通入物质的量均为0.1mol的CH4和CO2,在一定条件下发生反应CO2(g)+CH4(g)⇌2CO(g)+2H2(g),CH4的平衡转化率与温度及压强(单位Pa)的关系如图所示。y点:v(正)_____ v(逆)(填“大于”“小于”或“等于”)。已知气体分压(p分)=气体总压(p总)×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Kp,求x点对应温度下反应的平衡常数Kp=____ 。
III.设计如图装置(均为惰性电极)电解Na2CrO4溶液制取Na2Cr2O7,图中电解制备过程的总反应化学方程式为________ 。
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则反应CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g)的ΔH=
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【推荐3】用氢气还原可制得金属锗。其总反应的原理为:,该反应需经过下述两个过程:
则__________ 。
利用制备的热化学方程式:。已知:在密闭容器中加入、C和各,分别于、、三个温度下发生反应,平衡时CO的体积分数与压强的关系如图:
曲线Ⅲ对应的温度为_____ 。
图中a、b、c、d四点对应的平衡常数、、、由大到小的顺序为_________ 。
点对应的转化率为_________ 精确到。
初始的温度、压强和反应物的用量均相同,下列四种容器中的转化率最高的是_______ 。
A.恒温恒压容器 恒温恒容容器 恒容绝热容器 恒压绝热容器
点时,该反应的平衡常数_____ 为以分压表示的平衡常数。
在,15MPa下若、、CO物质的量分别为2mol、1mol、2mol,则此时正_____ 逆填“”,“”或“”
则
利用制备的热化学方程式:。已知:在密闭容器中加入、C和各,分别于、、三个温度下发生反应,平衡时CO的体积分数与压强的关系如图:
曲线Ⅲ对应的温度为
图中a、b、c、d四点对应的平衡常数、、、由大到小的顺序为
点对应的转化率为
初始的温度、压强和反应物的用量均相同,下列四种容器中的转化率最高的是
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解答题-原理综合题
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【推荐1】二十大报告指出,“必须牢固树立和践行绿水青山就是金山银山的理念。”用与反应,既可提高燃烧效率,又能得到化工生产所需,其中反应I为主反应,反应Ⅱ为副反应。
Ⅰ.
Ⅱ.
回答下列问题:
(1)已知。以反应Ⅰ中生成的为原料,在一定条件下经原子利用率100%的高温反应,可再生,该反应的热化学方程式为_______ 。
(2)反应Ⅰ、Ⅱ的平衡常数的对数随反应温度T的变化曲线如图所示[a点坐标为,b点坐标为]。
①向盛有的真空恒容密闭容器中充入,反应Ⅰ、Ⅱ于达到平衡,的平衡浓度。体系中_______ ,的转化率为_______ 。若平衡体系中再充入一定量和,使、,反应Ⅱ将_______ (填“向正反应方向移动”、“向逆反应方向移动”或“不移动”)。
②为降低该反应体系中的物质的量,可采取的措施有_______ 。
a.温度不变,减小真空恒容密闭容器的体积
b.在合适的温度区间内控制较低的反应温度
c.温度不变,提高的初始加入量
d.分离出气体
(3)将生成的用溶液吸收,得到溶液。下图是在不同下不同形态的含碳粒子的分布分数图像(a、b、c三点对应的分别为6.37、8.25、10.25)。
实验测定,溶液的,则该溶液中_______ ,溶液中阴离子浓度由大到小的顺序为_______ 。
Ⅰ.
Ⅱ.
回答下列问题:
(1)已知。以反应Ⅰ中生成的为原料,在一定条件下经原子利用率100%的高温反应,可再生,该反应的热化学方程式为
(2)反应Ⅰ、Ⅱ的平衡常数的对数随反应温度T的变化曲线如图所示[a点坐标为,b点坐标为]。
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a.温度不变,减小真空恒容密闭容器的体积
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(3)将生成的用溶液吸收,得到溶液。下图是在不同下不同形态的含碳粒子的分布分数图像(a、b、c三点对应的分别为6.37、8.25、10.25)。
实验测定,溶液的,则该溶液中
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【推荐2】氮及其化合物的研究对于生态环境保护和工农业生产发展非常重要。
(1)已知:2NH3(g)N2(g)+3H2(g),活化能Ea1=600 kJ/mol,合成氨有关化学键的键能如下表:
则合成氨反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的活化能Ea2=___________ 。
(2)在一定条件下,向某反应容器中投入1 mol N2、3mol H2在不同温度下反应,平衡体系中氨的质量分数随压强变化曲线如图1所示。温度T1、T2、T3中,由低到高为___________ , M点N2的转化率为___________ 。
(3)采用催化剂存在下臭氧氧化—碱吸收法同时脱除SO2和NO。
反应I:NO(g)+O3(g)NO2(g)+O2(g) = -200.9 kJ/mol
反应II:SO2(g)+O3(g)SO3(g)+O2(g) =-241.6 kJ/mol
一定条件下,向容积为2 L的反应器充如2.0 mol NO、2.0molSO2的模拟烟气和4.0molO3,升高温度,体系中NO和SO2的转化率随温度T变化如图2所示。下列有关说法错误的是___________ 。
A.温度越高,脱除SO2和NO的效果越好
B.相同温度下, NO的转化率远高于SO2
C.可根据不同温度下的转化率选择最佳温度脱除SO2和NO
(4)为避免汽车尾气中的氮氧化合物对大气的污染,需给汽车安装尾气净化装置。在净化装置中CO和NO发生反应2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g) H=-746.8 kJ/mol。
实验测得:v正=k正p2(NO)·p2(CO),v逆=k逆p(N2)。p2(CO2)。其中k正、k逆分别为正、逆反应速率常数,只与温度有关;p为气体分压(分压=物质的量分数×总压)。
①达到平衡后,仅升高温度,k正增大的倍数___________ (选填“大于”“小于”或“等于”) k逆增大的倍数。
②一定温度下在刚性密闭容器中充入CO、NO和N2物质的量之比为2:2:1,压强为p0 kPa.达平衡时压强为0.9p0 kPa,则=___________ 。
(5)氮的氧化物脱除可用电化学原理处理,如图3装置可同时吸收SO2和NO。直流电源的正极为__________ (选填“a”或“b”),阳极的电极反应式___________ 。该电解装置选择___________ (选填“阳”或“阴")离子交换膜。
(1)已知:2NH3(g)N2(g)+3H2(g),活化能Ea1=600 kJ/mol,合成氨有关化学键的键能如下表:
化学键 | H-H | N≡N | N-H |
键能/kJ/mol | 436 | 946 | 391 |
(2)在一定条件下,向某反应容器中投入1 mol N2、3mol H2在不同温度下反应,平衡体系中氨的质量分数随压强变化曲线如图1所示。温度T1、T2、T3中,由低到高为
(3)采用催化剂存在下臭氧氧化—碱吸收法同时脱除SO2和NO。
反应I:NO(g)+O3(g)NO2(g)+O2(g) = -200.9 kJ/mol
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①达到平衡后,仅升高温度,k正增大的倍数
②一定温度下在刚性密闭容器中充入CO、NO和N2物质的量之比为2:2:1,压强为p0 kPa.达平衡时压强为0.9p0 kPa,则=
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解题方法
【推荐3】反应。在进气比不同时,测得相应的平衡转化率如图(各点对应的反应温度可能相同,也可能不同;各点对应的其他反应条件都相同)。(1)反应中的平衡转化率与进气比、反应温度之间的关系是_______ 。
(2)图中E和G两点对应的反应温度的关系是_______ ,其原因是_______ 。
(3)A、B两点对应的反应速率_______ (填“<”“=”或“>”)。已知反应速率,,k为反应速率常数,x为物质的量分数,在达到平衡状态为C点的反应过程(此过程为恒温)中,当的转化率刚好达到60%时,_______ 。
(2)图中E和G两点对应的反应温度的关系是
(3)A、B两点对应的反应速率
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