丙烯是基础化工原料,工业上丙烷在催化剂作用下直接脱氢法制丙烯。
已知主反应:
(1)科学上规定:在298.15K时,由最稳定的单质生成1mol化合物时的焓变,叫作该化合物的标准摩尔生成焓();最稳定的单质的标准摩尔生成含为零。
已知部分物质的标准摩尔生成焓数据如表:
则主反应的_____ 。
(2)570℃、100kPa下,将的混合气进行直接脱氢反应,3h后达到平衡,的平衡转化率为80%,分压的平均反应速率约为_____ (保留3位有效数字)
(3)在常压、460~500°℃、Pt-Sn/作催化剂条件下,某团队对丙烷脱氢主反应进行了研究,认为在脱氢过程中可能有4个主要步骤(*表示催化剂表面吸附位,表示被吸附于催化剂表面的)。
Ⅰ.
Ⅱ._____
Ⅲ.
Ⅳ.,
①补全步骤Ⅱ的化学方程式:_____ 。
②已知上述反应机理中速率控制步骤为Ⅱ,试分析其本质原因为_____ 。
(4)测得主反应速率方程为,k为反应速率常数。已知:(R、C为常数,T为温度,Ea为活化能)。实验测得其他条件相同,不同催化剂Cat1、Cat2对k的影响如图所示,则催化效能较高的是_____ (填“Cat1”或“Cat2”),下列措施能使速率常数k增大的是_____ (填序号)。
a.升高温度 b.增大压强 c.增大
(5)已知丙烷脱氢制丙烯过程中存在副反应:,下列说法正确的是_____。
已知主反应:
(1)科学上规定:在298.15K时,由最稳定的单质生成1mol化合物时的焓变,叫作该化合物的标准摩尔生成焓();最稳定的单质的标准摩尔生成含为零。
已知部分物质的标准摩尔生成焓数据如表:
物质 | (g) | (g) |
/() | 19.8 |
(2)570℃、100kPa下,将的混合气进行直接脱氢反应,3h后达到平衡,的平衡转化率为80%,分压的平均反应速率约为
(3)在常压、460~500°℃、Pt-Sn/作催化剂条件下,某团队对丙烷脱氢主反应进行了研究,认为在脱氢过程中可能有4个主要步骤(*表示催化剂表面吸附位,表示被吸附于催化剂表面的)。
Ⅰ.
Ⅱ._____
Ⅲ.
Ⅳ.,
①补全步骤Ⅱ的化学方程式:
②已知上述反应机理中速率控制步骤为Ⅱ,试分析其本质原因为
(4)测得主反应速率方程为,k为反应速率常数。已知:(R、C为常数,T为温度,Ea为活化能)。实验测得其他条件相同,不同催化剂Cat1、Cat2对k的影响如图所示,则催化效能较高的是
a.升高温度 b.增大压强 c.增大
(5)已知丙烷脱氢制丙烯过程中存在副反应:,下列说法正确的是_____。
A.主反应在低温条件下能自发进行 |
B.恒温恒压条件下,主反应保持不变,说明主反应达到平衡状态 |
C.若副反应达平衡时,主反应也一定恰好达到平衡状态 |
D.已知高温条件下,C-C键比C-H键更易断裂,则制备丙烯应选择较低温度下的高效催化剂 |
更新时间:2023-11-24 08:36:08
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【推荐1】氮和硫的化合物在工农业生产、生活中具有重要应用。请回答下列问题:
航天领域中常用作为火箭发射的助燃剂。与氨气相似,是一种碱性气体,易溶于水,生成弱碱用电离方程式表示显碱性的原因是:________________ 。
在恒温条件下,和足量C发生反应,测得平衡时和的物质的量浓度与平衡总压的关系如图所示:
、B两点的浓度平衡常数关系:______ 填“”或“”或“”
、B、C三点中的转化率最高的是______ 填“A”或“B”或“C”点。
计算C点时该反应的压强平衡常数______ 是用平衡分压代替平衡浓度计算,分压总压物质的量分数。
已知:亚硝酸性质和硝酸类似,但它是一种弱酸。常温下亚硝酸的电离平衡常数;的,在常温下向含有2mol碳酸钠的溶液中加入1mol的后,则溶液中、和的离子浓度由大到小的顺序是______ 。
已知:常温下甲胺的电离常数为,且水溶液中有,常温下向溶液滴加稀硫酸至时,则溶液______ 。
一种煤炭脱硫技术可以把硫元素以的形成固定下来,但产生的CO又会与发生化学反应,相关的热化学方程式如下:
,反应______
航天领域中常用作为火箭发射的助燃剂。与氨气相似,是一种碱性气体,易溶于水,生成弱碱用电离方程式表示显碱性的原因是:
在恒温条件下,和足量C发生反应,测得平衡时和的物质的量浓度与平衡总压的关系如图所示:
、B两点的浓度平衡常数关系:
、B、C三点中的转化率最高的是
计算C点时该反应的压强平衡常数
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,反应
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【推荐2】党的二十大报告指出,要积极稳妥推进碳达峰、碳中和。二氧化碳的捕集、利用与封存(CCUS)已成为科学家研究的重要课题。
I.工业上用和在一定条件下可以合成乙烯:
已知:①
②
③
(1)__________ (用、、表示)。
(2)恒温恒容下,向密闭容器按投料比通入原料气,能判断该反应处于平衡状态的是_______(填标号)。
(3)向密闭容器按投料比通入原料气(,不同温度对的平衡转化率和催化剂催化效率的影响如图所示,则压强__________ ,原因是:__________ 。
Ⅱ.催化加氢可以直接合成二甲醚。涉及以下主要反应:
①
②
恒压条件下,、起始量相等时,的平衡转化率和的选择性随温度变化如下图所示。
已知:的选择性%
(4)300℃时,通入、各,平衡时的选择性、的平衡转化率均为30%,则此温度下反应①的平衡常数__________ (保留2位有效数字)。
(5)温度高于300℃,的平衡转化率随温度升高而增大的原因可能是__________ 。
Ⅲ.电化学法也可还原二氧化碳制乙烯,原理如下图所示。
(6)该电池的阴极电极反应式为:__________ 。
I.工业上用和在一定条件下可以合成乙烯:
已知:①
②
③
(1)
(2)恒温恒容下,向密闭容器按投料比通入原料气,能判断该反应处于平衡状态的是_______(填标号)。
A. |
B.混合气体的密度保持不变 |
C.混合气体的平均相对分子质量保持不变 |
D.保持不变 |
(3)向密闭容器按投料比通入原料气(,不同温度对的平衡转化率和催化剂催化效率的影响如图所示,则压强
Ⅱ.催化加氢可以直接合成二甲醚。涉及以下主要反应:
①
②
恒压条件下,、起始量相等时,的平衡转化率和的选择性随温度变化如下图所示。
已知:的选择性%
(4)300℃时,通入、各,平衡时的选择性、的平衡转化率均为30%,则此温度下反应①的平衡常数
(5)温度高于300℃,的平衡转化率随温度升高而增大的原因可能是
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(6)该电池的阴极电极反应式为:
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【推荐3】环戊二烯是重要的有机化工原料,制备环戊烯涉及的反应如下:
i.解聚反应:(g)(双环戊二烯)2(g)(环戊二烯)
ii.氢化反应:(l)(l) (环戊烯)
iii.副反应:(l)(l) (环戊烷)
(1)反应(l)(l)的_______ 。
(2)解聚反应i在恒容(刚性)容器中进行。
①其它条件不变时,有利于提高双环戊二烯平衡转化率的条件是_______ ,_______ 。
②实际生产中常通入水蒸气以降低双环戊二烯的沸点。某温度下,通入总压为70kPa的双环戊二烯和水蒸气,达到平衡后总压为118kPa,双环戊二烯的转化率为80%,则体系中_______ kPa。
(3)研究环戊二烯氢化制备环戊烯在不同温度下催化剂的活性。下表是以Pd/为催化剂,相同反应时间测得不同温度的数据(其它条件相同)。
说明:选择性=,收率=,
常用收率来衡量催化剂的活性。
①最佳的反应温度为_______ ,选择该温度的原因是_______ 。
②表中实验数据表明,升高温度,环戊二烯转化率提高而环戊烯选择性降低,其原因是_______ 。
i.解聚反应:(g)(双环戊二烯)2(g)(环戊二烯)
ii.氢化反应:(l)(l) (环戊烯)
iii.副反应:(l)(l) (环戊烷)
(1)反应(l)(l)的
(2)解聚反应i在恒容(刚性)容器中进行。
①其它条件不变时,有利于提高双环戊二烯平衡转化率的条件是
②实际生产中常通入水蒸气以降低双环戊二烯的沸点。某温度下,通入总压为70kPa的双环戊二烯和水蒸气,达到平衡后总压为118kPa,双环戊二烯的转化率为80%,则体系中
(3)研究环戊二烯氢化制备环戊烯在不同温度下催化剂的活性。下表是以Pd/为催化剂,相同反应时间测得不同温度的数据(其它条件相同)。
温度/℃ | 25 | 30 | 35 | 40 | 45 |
环戊二烯转化率/% | 84.9 | 93.9 | 94.5 | 94.8 | 95.0 |
环戊烯选择性/% | 81.3 | 88.6 | 75.5 | 60.6 | 51.3 |
常用收率来衡量催化剂的活性。
①最佳的反应温度为
②表中实验数据表明,升高温度,环戊二烯转化率提高而环戊烯选择性降低,其原因是
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【推荐1】化石燃料的燃烧、汽车尾气的排放和硝酸工业尾气中普遍含有的NOx是污染大气的主要成分之一,需要回收处理并加以利用。
(1)为减轻汽车尾气中NO和CO对环境的污染,可在汽车排气管上安装催化转化器,主要发生的反应是:2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g) ΔH。
已知断裂1mol相应化学键需要的能量如表:
则ΔH为___________ 。
(2)已知:CH4(g)+4NO2(g)=CO2(g)+2H2O(l)+4NO(g) ΔH=-654kJ·mol-1
CH4(g)+4NO(g)=CO2(g)+2H2O(l)+2N2(g) ΔH=-1240kJ·mol-1
H2O(g)=H2O(l) ΔH=-44kJ·mol-1
CH4将NO2还原为N2并生成水蒸气的热化学方程式为___________ 。
(3)燃煤烟气脱硝的反应之一为 2NO2(g) + 4CO(g)N2(g)+ 4CO2(g),在一定温度下,向2 L恒容密闭容器中充入4. 0 mol NO2,测得相关数据如下:
0~2 min内该反应的平均速率为v(N2)=___________ , 8分钟时反应达到平衡,则NO2的平衡转化率=___________ ;n值可能为___________ (填字母)。
A.3.2 B.3.36 C.3.3 D.3.1
(4)NH3催化还原氮氧化物技术(SCR)是目前应用最广泛的烟气氮氧化物脱除技术,反应原理如图所示:
用Fe作催化剂时,在氨气足量的情况下,当c(NO2):c(NO)=1:1时,脱氮率最佳,按最佳脱氮率,每生成2mol N2,转移电子数目为___________ 。
(5)除上述方法外,还可用电解法将NO转变为NH4NO3,其工作原理如下图,N极的电极反应式为___________ ,通入NH3的主要原因是___________ 。
(1)为减轻汽车尾气中NO和CO对环境的污染,可在汽车排气管上安装催化转化器,主要发生的反应是:2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g) ΔH。
已知断裂1mol相应化学键需要的能量如表:
化学键 | C≡O | N≡O | N≡N | C=O |
键能/(kJ·mol-1) | 1072 | 630 | 946 | 799 |
(2)已知:CH4(g)+4NO2(g)=CO2(g)+2H2O(l)+4NO(g) ΔH=-654kJ·mol-1
CH4(g)+4NO(g)=CO2(g)+2H2O(l)+2N2(g) ΔH=-1240kJ·mol-1
H2O(g)=H2O(l) ΔH=-44kJ·mol-1
CH4将NO2还原为N2并生成水蒸气的热化学方程式为
(3)燃煤烟气脱硝的反应之一为 2NO2(g) + 4CO(g)N2(g)+ 4CO2(g),在一定温度下,向2 L恒容密闭容器中充入4. 0 mol NO2,测得相关数据如下:
时间 | 0 min | 2 min | 4 min | 6 min | 8min | 10 min |
n(NO2)/mol | 4.0 | 3.6 | n | 3.1 | 3.0 | 3.0 |
A.3.2 B.3.36 C.3.3 D.3.1
(4)NH3催化还原氮氧化物技术(SCR)是目前应用最广泛的烟气氮氧化物脱除技术,反应原理如图所示:
用Fe作催化剂时,在氨气足量的情况下,当c(NO2):c(NO)=1:1时,脱氮率最佳,按最佳脱氮率,每生成2mol N2,转移电子数目为
(5)除上述方法外,还可用电解法将NO转变为NH4NO3,其工作原理如下图,N极的电极反应式为
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【推荐2】丙烯是最重要的基础化工原料之一,丙烯广泛用于合成聚丙烯、丙烯醛、丙烯酸等工业领域。回答下列问题:
(1)利用以下键能数据,计算丙烷直接催化脱氢制备丙烯的反应:CH3CH2CH3(g)CH3CH=CH2(g)+H2(g) ΔH=______ kJ/mol。
(2)T1℃时,将lmolCH3CH2CH3(g)充入某刚性密闭容器中,在催化剂作用下发生直接脱氢反应,压强随时间的变化关系如图所示:
①计算0~60min之间,H2分压的平均变化率为______ kPa/min。
②T1℃时,该反应的平衡常数Kp=______ kPa(分压=总压×物质的量分数)
(3)CO2是一种温和的氧化剂。研究发现CO2氧化丙烷脱氢的反应机理有两种:
①“一步法”:CO2与C3H8催化作用下反应机理如图所示:
写出CO2与C3H8反应的总化学方程式______ 。
②“二步法”:丙烷分子先脱氢生成丙烯和氢气,再发生CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH=+41kJ/mol。
③研究直接催化脱氢与在0.1MPa, =5:1的条件“一步法”、“两步法”三种机理在不同温度下丙烷的平衡转化率如图所示:
图中表示催化脱氢的曲线是______ ,“两步法”中CO2的引入对丙烷转化率的影响及原因是______ ;有人提出加入适量氧气,氯化丙烷脱氢制丙烯,从产率角度分析,通入氧气作为氧化剂的方法的缺点是______ 。
(1)利用以下键能数据,计算丙烷直接催化脱氢制备丙烯的反应:CH3CH2CH3(g)CH3CH=CH2(g)+H2(g) ΔH=
化学键 | C-C | C-H | C=C | H-H |
键能(kJ/mol) | 347.7 | 413.4 | 615 | 436 |
(2)T1℃时,将lmolCH3CH2CH3(g)充入某刚性密闭容器中,在催化剂作用下发生直接脱氢反应,压强随时间的变化关系如图所示:
①计算0~60min之间,H2分压的平均变化率为
②T1℃时,该反应的平衡常数Kp=
(3)CO2是一种温和的氧化剂。研究发现CO2氧化丙烷脱氢的反应机理有两种:
①“一步法”:CO2与C3H8催化作用下反应机理如图所示:
写出CO2与C3H8反应的总化学方程式
②“二步法”:丙烷分子先脱氢生成丙烯和氢气,再发生CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH=+41kJ/mol。
③研究直接催化脱氢与在0.1MPa, =5:1的条件“一步法”、“两步法”三种机理在不同温度下丙烷的平衡转化率如图所示:
图中表示催化脱氢的曲线是
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【推荐3】储存还原技术法(NSR)利用催化剂消除汽车尾气中的,其原理: 。
(1)已知:①;② 用含和的代数式表示________ 。
(2)NSR反应机理及相对能量如图(TS表示过渡态):
反应过程中,速率最慢步骤的热化学方程式为________ 。
(3)在一定温度下,向2L恒容密闭容器中充入等物质的量的NO和CO模拟NSR反应,反应过程中c(NO)随时间变化的曲线如图1所示。
①曲线a和b中,表示在该温度下使用NSR催化技术的是曲线________ (填“a”或“b”)。
②曲线b中前10min内CO的平均反应进率v(CO)=________ ,此温度下该反应的平衡常数K=________ 。
③在一恒温恒容的密闭容器中发生反应,下列说法不能说明该反应达到化学平衡状态的是________ (填字母)。
aA.体系的压强保持不变 B.混合气体的密度保持不变
C. D.的浓度保持不变
④若保持其他条件不变,15min时将容器的体积压缩至1L,20min时反应重新达到平衡,NO的物质的量浓度对应的点可能是点________ (填“A、B、C、D或E”)。
(4)催化还原氮氧化物(SCR)技术是目前应用最广泛的烟气氮氧化物脱除技术。图2是不同催化剂Mn和Cr在不同温度下对应的脱氮率,由图2可知工业使用的最佳催化剂和相应的温度分别为________ 、________ 。
(1)已知:①;② 用含和的代数式表示
(2)NSR反应机理及相对能量如图(TS表示过渡态):
反应过程中,速率最慢步骤的热化学方程式为
(3)在一定温度下,向2L恒容密闭容器中充入等物质的量的NO和CO模拟NSR反应,反应过程中c(NO)随时间变化的曲线如图1所示。
①曲线a和b中,表示在该温度下使用NSR催化技术的是曲线
②曲线b中前10min内CO的平均反应进率v(CO)=
③在一恒温恒容的密闭容器中发生反应,下列说法不能说明该反应达到化学平衡状态的是
aA.体系的压强保持不变 B.混合气体的密度保持不变
C. D.的浓度保持不变
④若保持其他条件不变,15min时将容器的体积压缩至1L,20min时反应重新达到平衡,NO的物质的量浓度对应的点可能是点
(4)催化还原氮氧化物(SCR)技术是目前应用最广泛的烟气氮氧化物脱除技术。图2是不同催化剂Mn和Cr在不同温度下对应的脱氮率,由图2可知工业使用的最佳催化剂和相应的温度分别为
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(0.4)
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解题方法
【推荐1】碘甲烷热裂解可制取乙烯等低碳烯烃化工原料。碘甲烷热裂解时主要反应有:
反应i:
反应ii:
反应iii:
(1)反应i、ii、iii在不同温度下的分压平衡常数[对于气相反应,用某组分B的平衡压强可代替物质的量浓度,如为平衡总压强,为平衡系统中的物质的量分数]如下表所示。根据表中数据推出反应ii的活化能(正)___________ (填“>”或“<”)(逆)。
(2)结合信息,请推测有利于提高乙烯平衡产率的措施是___________ 。
A.合适的催化剂 B.高温高压 C.低温低压 D.低温高压 E.高温低压
(3)其它条件不变,向容积为的密闭容器中投入,假定只发生反应,温度对各反应的和平衡体系中乙烯、丙烯和丁烯所占物质的量分数的影响如下图所示:
①计算时反应的平衡常数(以物质的量分数代替平衡浓度)___________ 。
②下列有关说法正确的是___________ 。
A.时使用活性更强的催化剂,可以适当提高的物质的量分数
B.若反应热随温度的上升而增大,则
C.当温度时,相同条件下的反应的平衡常数小于反应
D.随温度升高,反应ii、iii的化学平衡先正向移动后逆向移动
③从上图中可看出,以后,乙烯的物质的量分数随温度升高而增加,可能的原因是:______ 。
(4)温度为,初始压强为,测得平衡体系中,,已知该条件下,存在等式(常数),保持其它条件不变,请画出x(HI)与压强(0.1~2.0MPa)关系的曲线示意图___________ 。
反应i:
反应ii:
反应iii:
(1)反应i、ii、iii在不同温度下的分压平衡常数[对于气相反应,用某组分B的平衡压强可代替物质的量浓度,如为平衡总压强,为平衡系统中的物质的量分数]如下表所示。根据表中数据推出反应ii的活化能(正)
反应 | 2.80 | |||||
反应 | ||||||
反应iii | 2.24 |
(2)结合信息,请推测有利于提高乙烯平衡产率的措施是
A.合适的催化剂 B.高温高压 C.低温低压 D.低温高压 E.高温低压
(3)其它条件不变,向容积为的密闭容器中投入,假定只发生反应,温度对各反应的和平衡体系中乙烯、丙烯和丁烯所占物质的量分数的影响如下图所示:
①计算时反应的平衡常数(以物质的量分数代替平衡浓度)
②下列有关说法正确的是
A.时使用活性更强的催化剂,可以适当提高的物质的量分数
B.若反应热随温度的上升而增大,则
C.当温度时,相同条件下的反应的平衡常数小于反应
D.随温度升高,反应ii、iii的化学平衡先正向移动后逆向移动
③从上图中可看出,以后,乙烯的物质的量分数随温度升高而增加,可能的原因是:
(4)温度为,初始压强为,测得平衡体系中,,已知该条件下,存在等式(常数),保持其它条件不变,请画出x(HI)与压强(0.1~2.0MPa)关系的曲线示意图
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(0.4)
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【推荐2】研究CO2合成CH3OH对资源综合利用有重要意义。涉及的主要反应如下,请回答:
I.CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ∆H1=—49kJ·mol-1
II.CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ∆H2=+41kJ·mol-1
(1)CO2加氢制甲醇可在Cu—ZnO—ZrO2催化剂表面进行,其主反应历程如图1所示(催化剂表面吸附的物种用*标注),下列说法不正确的是_______ 。
A.若该方法实现工业生产,气体以一定流速通过Cu—ZnO—ZrO2,催化剂对反应物的转化率无影响
B.H2在催化剂表面的吸附过程放热,有利于H—H键的断裂,从而降低反应活化能
C.反应②中,断裂和形成的共价键至少有3种
D.水的吸附和解吸在整个反应过程中实现了循环利用,原子利用率为100%
(2)CO2和H2按物质的量1:3投料,总物质的量为amol,在有催化剂的密闭容器中进行反应,测得CO2平衡转化率、CH3OH和CO选择性(转化的CO2中生成CH3OH或CO的百分比)随温度、压强变化情况分别如下图2、图3所示:
①下列说法正确的是_______ 。
A.升温,反应II的平衡正向移动
B.加压,反应I的平衡正向移动,平衡常数增大
C.及时分离出甲醇和水,循环使用H2和CO2,可提高原料利用率
D.升温,使反应I的CH3OH选择性降低;加压,对反应II的CO选择性无影响
②250°C时,在体积为VL的容器中,反应I和II达到化学平衡,CO2转化率为25%,CH3OH和CO选择性均为50%,则该温度下反应II的平衡常数为____ 。
③如图2,240°C以上,随着温度升高,CO2的平衡转化率升高,而CH3OH的选择性降低,分析其原因:___ 。
④如图3,压强大小关系:P1___ P3(填:>、<或=);温度T1时,三条曲线几乎交于一点,分析其原因____ 。
I.CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ∆H1=—49kJ·mol-1
II.CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ∆H2=+41kJ·mol-1
(1)CO2加氢制甲醇可在Cu—ZnO—ZrO2催化剂表面进行,其主反应历程如图1所示(催化剂表面吸附的物种用*标注),下列说法不正确的是
A.若该方法实现工业生产,气体以一定流速通过Cu—ZnO—ZrO2,催化剂对反应物的转化率无影响
B.H2在催化剂表面的吸附过程放热,有利于H—H键的断裂,从而降低反应活化能
C.反应②中,断裂和形成的共价键至少有3种
D.水的吸附和解吸在整个反应过程中实现了循环利用,原子利用率为100%
(2)CO2和H2按物质的量1:3投料,总物质的量为amol,在有催化剂的密闭容器中进行反应,测得CO2平衡转化率、CH3OH和CO选择性(转化的CO2中生成CH3OH或CO的百分比)随温度、压强变化情况分别如下图2、图3所示:
①下列说法正确的是
A.升温,反应II的平衡正向移动
B.加压,反应I的平衡正向移动,平衡常数增大
C.及时分离出甲醇和水,循环使用H2和CO2,可提高原料利用率
D.升温,使反应I的CH3OH选择性降低;加压,对反应II的CO选择性无影响
②250°C时,在体积为VL的容器中,反应I和II达到化学平衡,CO2转化率为25%,CH3OH和CO选择性均为50%,则该温度下反应II的平衡常数为
③如图2,240°C以上,随着温度升高,CO2的平衡转化率升高,而CH3OH的选择性降低,分析其原因:
④如图3,压强大小关系:P1
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较难
(0.4)
解题方法
【推荐3】研究的捕集、回收、转化,对实现节能减排、资源利用、“碳中和”等目标具有重要意义。
Ⅰ.将还原成甲烷:
ⅰ.Sabatier反应:
ⅱ.
ⅲ.
(1)________ 。
(2)不同条件下按照投料发生如上反应,平衡转化率如图1所示。压强、、由小到大的顺序是________ ;压强为时,随着温度升高,的平衡转化率先减小后增大,解释温度高于600℃之后,随着温度升高转化率增大的原因是________ 。
图1 图2
(3)按照置于恒容密闭容器中发生如上反应,测得的物质的量分数与温度的关系如图2所示(虚线表示平衡曲线)。a、b、c三点的逆反应速率,、、由大到小排序为________ ;高于380℃后,的物质的量分数随温度升高而降低的原因是________________ 。
Ⅱ.将还原成碳单质:Bosch反应:
(4)Bosch反应自发进行,低温更有利于平衡正向移动,但是Bosch反应必须在高温下才能启动,原因是________________ 。
(5)捕集和转化原理如图3所示。反应①完成之后,以为载气,将恒定组成的、混合气,以恒定流速通入反应器,单位时间流出气体各组分的物质的量随反应时间变化如图4所示。反应过程中始终未检测到,在催化剂上检测到有积炭。下列有关说法正确的是_________
a.反应①为;反应②为
b.,比多,且生成的速率不变,推测有副反应
c.时刻,副反应生成的速率大于反应②生成的速率
d.之后,生成CO的速率为0,是因为反应②不再发生
Ⅰ.将还原成甲烷:
ⅰ.Sabatier反应:
ⅱ.
ⅲ.
(1)
(2)不同条件下按照投料发生如上反应,平衡转化率如图1所示。压强、、由小到大的顺序是
图1 图2
(3)按照置于恒容密闭容器中发生如上反应,测得的物质的量分数与温度的关系如图2所示(虚线表示平衡曲线)。a、b、c三点的逆反应速率,、、由大到小排序为
Ⅱ.将还原成碳单质:Bosch反应:
(4)Bosch反应自发进行,低温更有利于平衡正向移动,但是Bosch反应必须在高温下才能启动,原因是
(5)捕集和转化原理如图3所示。反应①完成之后,以为载气,将恒定组成的、混合气,以恒定流速通入反应器,单位时间流出气体各组分的物质的量随反应时间变化如图4所示。反应过程中始终未检测到,在催化剂上检测到有积炭。下列有关说法正确的是
a.反应①为;反应②为
b.,比多,且生成的速率不变,推测有副反应
c.时刻,副反应生成的速率大于反应②生成的速率
d.之后,生成CO的速率为0,是因为反应②不再发生
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【推荐1】乙烯的产量是衡量一个国家石油化工水平的标志。回答下列问题:
(1)石油工业中利用正丁烷催化裂化生产烯烃:
反应ⅠC4H10(g)C2H6(g)+C2H4(g);
反应ⅡC4H10(g)CH4(g)+C3H6(g)。
①反应Ⅰ能自发进行的条件是___ 。
A.高温B.低温C.任何温度
②一定温度下,向10L恒容密闭容器中充入2mol正丁烷,发生催化裂化反应,达平衡时测得气体压强是原来的1.75倍,且两种烯烃产物的质量相等。则正丁烷的平衡转化率为___ ,此温度下该反应Ⅰ的平衡常数为___ 。
(2)石油工业中还常用乙烷生产乙烯,原理如下:
反应Ⅲ乙烷热裂解:C2H6(g)C2H4(g)+H2(g) ΔH3;
反应Ⅳ乙烷氧化热裂解:C2H6(g)+O2(g)C2H4(g)+H2O(g) ΔH4= -110kJ·mol-1。
已知:
①根据键能估算乙烷热裂解的ΔH3=___ kJ·mol-1。
②从能量角度分析乙烷氧化热裂解制乙烯较乙烷热裂解制乙烯的优点___ 。
(3)以CO2为原料也可以催化加氢合成乙烯,其原理为:
反应Ⅴ主反应2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g) ΔH5<0;
反应Ⅵ副反应CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH6<0。
①某催化剂作用下,在相同反应时间内,测得不同温度下CO2转化率与C2H4产率的变化曲线如图1。下列说法正确的是___ 。
A. CO2转化率越大,越有利于C2H4的生成
B. a点是主反应的平衡转化率,b点是副反应的平衡转化率
C.T1℃时催化剂的选择性最好,有利于提高生成C2H4的平衡转化率
D.T1~T2之间C2H4产率变化趋势和CO2转化率不一致,原因可能是主反应被抑制,使C2H4产率降低
②向恒压密闭容器中充入1molCO2和3molH2模拟合成乙烯,CO2平衡转化率与温度的关系如图2所示。在图中作出改为恒容容器中,其他条件不变时CO2平衡转化率随温度变化的曲线___ 。
(1)石油工业中利用正丁烷催化裂化生产烯烃:
反应ⅠC4H10(g)C2H6(g)+C2H4(g);
反应ⅡC4H10(g)CH4(g)+C3H6(g)。
①反应Ⅰ能自发进行的条件是
A.高温B.低温C.任何温度
②一定温度下,向10L恒容密闭容器中充入2mol正丁烷,发生催化裂化反应,达平衡时测得气体压强是原来的1.75倍,且两种烯烃产物的质量相等。则正丁烷的平衡转化率为
(2)石油工业中还常用乙烷生产乙烯,原理如下:
反应Ⅲ乙烷热裂解:C2H6(g)C2H4(g)+H2(g) ΔH3;
反应Ⅳ乙烷氧化热裂解:C2H6(g)+O2(g)C2H4(g)+H2O(g) ΔH4= -110kJ·mol-1。
已知:
化学键 | C-H | C-C | C=C | H-H |
键能/kJ•mol-1 | 412 | 348 | 613 | 436 |
②从能量角度分析乙烷氧化热裂解制乙烯较乙烷热裂解制乙烯的优点
(3)以CO2为原料也可以催化加氢合成乙烯,其原理为:
反应Ⅴ主反应2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g) ΔH5<0;
反应Ⅵ副反应CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH6<0。
①某催化剂作用下,在相同反应时间内,测得不同温度下CO2转化率与C2H4产率的变化曲线如图1。下列说法正确的是
A. CO2转化率越大,越有利于C2H4的生成
B. a点是主反应的平衡转化率,b点是副反应的平衡转化率
C.T1℃时催化剂的选择性最好,有利于提高生成C2H4的平衡转化率
D.T1~T2之间C2H4产率变化趋势和CO2转化率不一致,原因可能是主反应被抑制,使C2H4产率降低
②向恒压密闭容器中充入1molCO2和3molH2模拟合成乙烯,CO2平衡转化率与温度的关系如图2所示。在图中作出改为恒容容器中,其他条件不变时CO2平衡转化率随温度变化的曲线
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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2】(1)能源危机是当前全球问题,开源节流是应对能源危机的重要举措。下列做法有助于能源“开源节流”的是________ (填序号)。
a.大力发展农村沼气,将废弃的秸秆转化为清洁高效的能源
b.大力开采煤、石油和天然气以满足人们日益增长的能源需求
c.开发太阳能、水能、风能、地热能等新能源、减少使用煤、石油等化石燃料
d.减少资源消耗,增加资源的重复使用、资源的循环再生
(2)金刚石和石墨均为碳的同素异形体,它们燃烧氧气不足时生成一氧化碳,充分燃烧生成二氧化碳,反应中放出的热量如下图所示。
①在通常状况下,金刚石和石墨中_______ 更稳定,石墨的燃烧热为__________ 。
②12 g石墨在一定量空气中燃烧,生成气体36 g,该过程放出的热量为_______ 。
(3)由石墨转变成金刚石的反应的ΔS=+1.6J·mol-1·K-1,则为了保持此反应自发进行,温度应______ (填“低于”或“高于”)______ K。
(4)已知熔融碳酸盐燃料电池的工作原理如下图所示:
①放电过程中K+和Na+向电极_______ (填“A”或“B”)移动。
②该电池的负极反应式为_________________________ 。
a.大力发展农村沼气,将废弃的秸秆转化为清洁高效的能源
b.大力开采煤、石油和天然气以满足人们日益增长的能源需求
c.开发太阳能、水能、风能、地热能等新能源、减少使用煤、石油等化石燃料
d.减少资源消耗,增加资源的重复使用、资源的循环再生
(2)金刚石和石墨均为碳的同素异形体,它们燃烧氧气不足时生成一氧化碳,充分燃烧生成二氧化碳,反应中放出的热量如下图所示。
①在通常状况下,金刚石和石墨中
②12 g石墨在一定量空气中燃烧,生成气体36 g,该过程放出的热量为
(3)由石墨转变成金刚石的反应的ΔS=+1.6J·mol-1·K-1,则为了保持此反应自发进行,温度应
(4)已知熔融碳酸盐燃料电池的工作原理如下图所示:
①放电过程中K+和Na+向电极
②该电池的负极反应式为
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解答题-原理综合题
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较难
(0.4)
【推荐3】资源化:和在合成甲烷的同时,也有副反应发生。
反应1:
反应2:
I.目前,工业上在两种不同催化剂条件下反应相同时间,测得CO2转化率和生成CH4选择性随温度变化的影响如图所示。
(1)对比上述两种催化剂的催化性能,工业上应选择的催化剂是___________ 。
(2)高于320℃后,以为催化剂,CO2转化率略有下降,而以为催化剂,CO2转化率却仍在上升,其原因是___________ 。
II.我国科学家最近合成多孔壳核催化剂实现CO2氢化制备CH4。
(3)一定温度下,在某刚性恒容密闭容器中充入和仅发生上述反应1和反应2,达到平衡时测得CO为,为。
①下列说法正确的是___________ (填字母)。
a.气体平均摩尔质量不随时间变化时达到平衡状态
b.平衡时CH4体积分数大于25%
c.加入高效催化剂,降低反应活化能,缩短达到平衡的时间
d.平衡后充入稀有气体,CO2的平衡转化率增大
②体系中___________ (填“吸收”或“放出”)热量___________ kJ。
(4)研究表明CO2与CH4在催化剂存在下可发生反应制得合成气:,此反应的活化能___________ (填“>”、“<”),利于反应自发进行的条件是___________ (填“高温”或“低温”)。
反应1:
反应2:
I.目前,工业上在两种不同催化剂条件下反应相同时间,测得CO2转化率和生成CH4选择性随温度变化的影响如图所示。
(1)对比上述两种催化剂的催化性能,工业上应选择的催化剂是
(2)高于320℃后,以为催化剂,CO2转化率略有下降,而以为催化剂,CO2转化率却仍在上升,其原因是
II.我国科学家最近合成多孔壳核催化剂实现CO2氢化制备CH4。
(3)一定温度下,在某刚性恒容密闭容器中充入和仅发生上述反应1和反应2,达到平衡时测得CO为,为。
①下列说法正确的是
a.气体平均摩尔质量不随时间变化时达到平衡状态
b.平衡时CH4体积分数大于25%
c.加入高效催化剂,降低反应活化能,缩短达到平衡的时间
d.平衡后充入稀有气体,CO2的平衡转化率增大
②体系中
(4)研究表明CO2与CH4在催化剂存在下可发生反应制得合成气:,此反应的活化能
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