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题型:解答题-原理综合题 难度:0.4 引用次数:804 题号:18675396
甲醇水蒸气催化重整是当前制取清洁能源氢气的主要方法,其反应机理如下:
反应I:
反应Ⅱ:
请回答下列问题:
(1)在催化剂作用下,反应I可通过如图1所示的反应历程实现催化重整,则___________

(2)将一定量的甲醇气体和水蒸气混合反应,使用催化剂R,测得相同条件下,甲醇的转化率与CO的物质的量分数变化如图2所示。反应Ⅱ为___________反应(填“吸热”或“放热”),选择催化剂R的作用为___________

(3)将1mol甲醇气体和1.3mol水蒸气混合充入2L恒容密闭容器中,控制反应温度为300℃、起始压强为2.5MPa下进行反应。平衡时容器中,甲醇的转化率为___________,则反应I的平衡常数___________(列出计算式即可)。
(4)相同反应条件下,测得相同时间内甲醇水蒸气重整反应各组分的含量与反应温度关系曲线图如下,下列说法中正确的是___________

a.升温对反应I的化学反应速率影响更大
b.该条件下催化剂活性温度高于270℃
c.催化剂的选择应考虑提高生成的选择性
d.250℃时,不小于1.3

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【推荐1】烟气(主要污染物SO2、NOx)是大气主要污染物,有效去除大气中的SO2、NOx是环境保护的重要课题。
(1) 用天然碱生产小苏打的母液(主要溶质为碳酸钠)吸收烟气中SO2的相关反应的热化学方程式如下:
2Na2CO3(aq)+SO2(g)+H2O(l)===Na2SO3(aq)+2NaHCO3(aq)ΔHa kJ·mol-1
2NaHCO3(aq)+SO2(g)===Na2SO3(aq)+2CO2(g)+H2O(l)ΔHb kJ·mol-1
Na2SO3(aq)+SO2(g)+H2O(l)===2NaHSO3(aq)ΔHc kJ·mol-1
反应Na2CO3(aq)+SO2(g)===Na2SO3(aq)+CO2(g)的ΔH________kJ·mol-1
(2) 用碳酸钠溶液吸收NO2的过程会产生NaNO2和NaNO3,写出相关化学反应方程式:__________________________________________________
(3) 工业上用电解法治理亚硝酸盐对水体的污染,模拟工艺如图所示,写出电解时铁电极发生的电极反应式:__________________________。随后,铁电极附近有无色气体产生,写出有关反应的离子方程式:__________________________________________
   
(4) 工业上以钛基氧化物涂层材料为阳极、碳纳米管修饰的石墨为阴极,电解硝酸钠和硫酸钠混合溶液,可使NO3-变为NH4+。电极(电催化剂)所处的环境对其催化活性和选择性均起到重要作用。
①其他条件不变,向其中一份电解液中投加一定量NaCl,去除NH4+的效果明显提高,溶液中氮元素含量显著降低。可能原因是______________________________________________
②其他条件不变,只改变溶液的pH,NO3-去除率如图所示,pH升高时,去除率________,可能原因是______________________________________
2019-02-17更新 | 277次组卷
解答题-原理综合题 | 较难 (0.4)
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【推荐2】甲烷是重要的资源,通过一系列过程可实现由甲烷到氢气的转化。
Ⅰ.500℃时,CH4与H2O重整主要发生下列反应:
反应1:CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) ΔH=+206.1kJ/mol
反应2:CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g)
(1)恒温恒容下,不能证明反应体系已达平衡的是_________
A.体系的气体平均相对分子质量不变
B.1molH2O消耗的同时有3molH2消耗
C.体系的压强不再变化
D.CO与H2的物质的量之比不再改变

(2)已知:CaO(s)+CO2(g)=CaCO3(s) ΔH=-178.8kJ/mol,向重整反应体系中加入适量多孔CaO,其优点是___________
(3)向一恒容密闭容器中加入1molCH4和一定量的H2O,若只发生反应1,CH4的平衡转化率按不同投料x(x=)随温度的变化曲线如图1所示。下列说法不正确的是
A.x1>x2
B.点a、b、c对应的平衡常数:Ka<Kb=Kc
C.反应速率:vb<vc
D.反应温度为T1,当容器内压强不变时,反应达到平衡状态

Ⅱ.CH4与CO2重整的主要反应的热化学方程式为
反应a:CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g) ΔH=+246.5kJ/mol K1
反应b:H2(g)+CO2(g)=CO(g)+H2O(g) ΔH=+41.2kJ/mol K2
反应c:2CO(g)=CO2(g)+C(s) ΔH=-172.5kJ/mol K3
(4)在CH4与CO2重整体系中通入适量H2O(g),可减少C(s)的生成,反应3CH4(g)+CO2(g)+2H2O(g)=4CO(g)+8H2(g)的ΔH=___________,K=___________(用K1、K2或K3表示)
(5)将1molCH4与1molCO2在2L密闭容器中反应制取CO和H2时,若只发生反应a和反应b,CH4和CO2的平衡转化率随温度变化关系如图2所示。

①请列出923K时反应a的化学平衡常数K的计算式(不用计算结果):K=___________
②CH4还原能力R可衡量CO2转化效率,(R=),同一时段内CO2与CH4的物质的量变化量之比),从平衡移动的角度分析,随着温度升高,R值逐渐减小直至近似等于1的原因是___________
2024-01-23更新 | 87次组卷
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【推荐3】Ⅰ.我国科学家利用CO2矿化反应释放能量设计出CO2矿化电池。不仅减碳发电,还能获得高附加值产品,其工作原理如图所示(Q是有机物;反应物和产物分别经过其它通道进入或排出电池容器)。

(1)通过离子交换膜的离子是___,正极区的电极反应式为:Q+2CO2+2H2O+2Na++2e=2NaHCO3+QH2,在电极区溶液中可循环利用的物质是___,则电池的总反应方程式为____
Ⅱ.以CO2为原料加氢合成二甲醚、甲醇有利于促进实现“碳中和”。在二氧化碳加氢制取二甲醚的合成塔中发生以下3个反应:
i.CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) H=—49.01kJ·mol-1
ii.2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) H=—24.52kJ·mol-1
iii.CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) H=+41.17kJ·mol-1
(2)2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)的H=___kJ·mol-1
(3)在压强3.0MPa、=4条件下,CO2的平衡转化率和产物的选择性与温度的关系如图所示(选择性是指生成某物质消耗的CO2占CO2消耗总量的百分比)。
①当温度超过290℃,CO2的平衡转化率随温度升高而增大的原因是___。除改变温度外,能提高二甲醚选择性的措施为____(写一种即可)。
②根据图中的数据计算300℃上述反应达到平衡时CH3OCH3的物质的量分数为____(保留三位有效数字)。

(4)在=3时,反应CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)在不同条件下达到平衡,设体系中甲醇物质的量分数为x(CH3OH),在t=250℃下的x(CH3OH)~P、在P=5×105Pa下的x(CH3OH)~t如图所示。当CO2的平衡转化率为时,反应条件可能为____
2022-03-03更新 | 716次组卷
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