“碳达峰”“碳中和”是推动我国经济社会高质量发展的内在要求。通过二氧化碳催化加氢合成二甲醚是一种重要的转化方法,其过程如下:
反应I:
反应II:
回答下列问题:
(1)反应的___________ 。
(2)二氧化碳与氢气合成时,通常控制温度为500℃左右,其可能的原因为___________(填字母)。
(3)在1L恒温密闭容器中充入和,初始压强为p,20min时反应I、II都达到平衡状态,体系压强为0.8p,测得。
①0~20min内___________ 。
②反应II的化学平衡常数___________ 。
③平衡时的选择性=___________ 。(的选择性)
(4)在密闭容器中通入和,在铁系催化剂作用下进行反应,的平衡转化率随温度和压强的变化如图所示。图中,温度大于800℃时,随着压强的增大,的平衡转化率减小,请解释原因:___________ 。
(5)为实现“碳中和”,还可通过电解法用制备,电解装置如图所示。
①铂电极的电极反应式为___________ 。
②当玻碳电极收集到标况下22.4L气体时,阴极区的质量变化为___________ 。
反应I:
反应II:
回答下列问题:
(1)反应的
(2)二氧化碳与氢气合成时,通常控制温度为500℃左右,其可能的原因为___________(填字母)。
A.反应速率快 | B.平衡的转化率高 |
C.催化剂活性高 | D.主反应催化剂选择性好 |
①0~20min内
②反应II的化学平衡常数
③平衡时的选择性=
(4)在密闭容器中通入和,在铁系催化剂作用下进行反应,的平衡转化率随温度和压强的变化如图所示。图中,温度大于800℃时,随着压强的增大,的平衡转化率减小,请解释原因:
(5)为实现“碳中和”,还可通过电解法用制备,电解装置如图所示。
①铂电极的电极反应式为
②当玻碳电极收集到标况下22.4L气体时,阴极区的质量变化为
更新时间:2023-11-27 15:35:26
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【推荐1】氯化亚砜(SOCl2)具有很强的氯化能力和脱水能力,在有机合成中具有重要的应用。工业上用硫酸厂尾气中的SO2与SCl2、Cl2为原料合成SOCl2,反应如下:
Ⅰ. SO2(g)+Cl2(g)SO2Cl2(g) ΔH = −471.7 kJ·mol−1
Ⅱ. SCl2(g)+SO2Cl2(g)2SOCl2(g) ΔH = −5.6 kJ·mol−1
回答下列问题:
(1)该条件下,由SO2(g)、Cl2(g)和SCl2(g),制备1 mol SOCl2(g)放出的热量为______ kJ。
(2)一定条件下,在5 L的恒容密闭容器中通入一定量的SO2、SCl2与Cl2,反应4 min后达到平衡。若初始压强为p0,反应过程中容器内总压强(p)随时间(t)变化如下图所示(平衡时温度与初始温度相同)。
容器内各组分物质的量如下表。
①0~1 min容器内压强增大的原因为___________ 。
②反应Ⅰ、Ⅱ达平衡时,SCl2的平衡转化率为________ 。
③K为平衡常数,pK=−lg K,该温度下,反应Ⅱ的pK =______ (保留两位有效数字,lg2 = 0.30)。
(3)常温下,将SO2通入到NaOH溶液中,充分反应后得到a mol·L−1的NaHSO3溶液,该溶液的pH=5,则溶液中c()_____ c(H2SO3)(填“>”“=”或“<”),的电离常数约为_________ (用含a的式子表示)。
Ⅰ. SO2(g)+Cl2(g)SO2Cl2(g) ΔH = −471.7 kJ·mol−1
Ⅱ. SCl2(g)+SO2Cl2(g)2SOCl2(g) ΔH = −5.6 kJ·mol−1
回答下列问题:
(1)该条件下,由SO2(g)、Cl2(g)和SCl2(g),制备1 mol SOCl2(g)放出的热量为
(2)一定条件下,在5 L的恒容密闭容器中通入一定量的SO2、SCl2与Cl2,反应4 min后达到平衡。若初始压强为p0,反应过程中容器内总压强(p)随时间(t)变化如下图所示(平衡时温度与初始温度相同)。
容器内各组分物质的量如下表。
组分 | SO2 | Cl2 | SCl2 | SO2Cl2 | SOCl2 |
起始/mol | 0.25 | 0.25 | 0.25 | 0 | 0 |
平衡/mol | 0.1 |
②反应Ⅰ、Ⅱ达平衡时,SCl2的平衡转化率为
③K为平衡常数,pK=−lg K,该温度下,反应Ⅱ的pK =
(3)常温下,将SO2通入到NaOH溶液中,充分反应后得到a mol·L−1的NaHSO3溶液,该溶液的pH=5,则溶液中c()
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(0.4)
【推荐2】当前,二氧化碳排放量逐年增加,CO2的利用和转化成为研究热点。
I.二氧化碳加氢合成二甲醚反应包括三个相互关联的反应过程:
反应I:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H=-49.01kJ/mol
反应II:2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) △H=-24.52kJ/mol
反应III:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) △H=+41.17kJ/mol
(1)2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g) △H=__ kJ/mol。
(2)在压强3.0MPa,=4,不同温度下CO2的平衡转化率和产物的选择性如图1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___ 。除了改变温度外,能提高二甲醚选择性的措施为__ (只要求写一种)。
②根据图1中数据计算300℃时,CH3OCH3的平衡产率为___ 。
II.在席夫碱(含“一RC=N一"的有机物)修饰的金纳米催化剂上,CO2直接催化加氢成甲酸的反应历程,如图2所示,其中吸附在佛化剂表面上的物种用※标注。
(3)决速步反应为___ (填“吸热反应"或“放热反应")。
(4)席夫碱的作用是吸附和活化CO2,当CO2浓度超过某数化后,继续增大CO2的浓度,反应速率基本保持不变的原因是___ 。
III.我国科学家研制成功一种以Al箔为负极、含Al3+的离子液体为电解质、Pd包覆纳米多孔金为正极的Al—CO2充电电池,其总反应式为4Al+9CO22Al2(CO3)3+3C。
(5)电池放电时,正极反应式为___ 。
(6)不用水溶液做电解质的主要原因是___ 。
I.二氧化碳加氢合成二甲醚反应包括三个相互关联的反应过程:
反应I:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H=-49.01kJ/mol
反应II:2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) △H=-24.52kJ/mol
反应III:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) △H=+41.17kJ/mol
(1)2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g) △H=
(2)在压强3.0MPa,=4,不同温度下CO2的平衡转化率和产物的选择性如图1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
②根据图1中数据计算300℃时,CH3OCH3的平衡产率为
II.在席夫碱(含“一RC=N一"的有机物)修饰的金纳米催化剂上,CO2直接催化加氢成甲酸的反应历程,如图2所示,其中吸附在佛化剂表面上的物种用※标注。
(3)决速步反应为
(4)席夫碱的作用是吸附和活化CO2,当CO2浓度超过某数化后,继续增大CO2的浓度,反应速率基本保持不变的原因是
III.我国科学家研制成功一种以Al箔为负极、含Al3+的离子液体为电解质、Pd包覆纳米多孔金为正极的Al—CO2充电电池,其总反应式为4Al+9CO22Al2(CO3)3+3C。
(5)电池放电时,正极反应式为
(6)不用水溶液做电解质的主要原因是
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(0.4)
【推荐3】氢燃料电池汽车是未来汽车发展的重要方向之一。二甲醚重整制氢技术是一种理想制氢方案。
(1)1 mol二甲醚CH3OCH3(g)与水蒸气发生可逆反应,生成CO2(g)和H2(g)的化学方程式为_______ 。
(2)根据下列两个热化学方程式,计算上述反应的反应热∆H=_______ kJ·mol-1。
反应I:CH3OCH3(g)+H2O(g)⇌2CH3OH(g) ∆H1=+37 kJ·mol-1
反应II:CH3OH(g)+H2O(g)⇌CO2(g)+3H2(g) ∆H2=+49 kJ·mol-1
若升高温度,会造成反应速率_______ (填“变大”、“变小”或“不变”)。
(3)在一个恒压(起始体积为3 L)的密闭容器中充入2 mol CH3OH(g)和1 mol H2O(g),仅研究反应II。CH3OH的平衡含量随温度、压强的变化如图所示。
①判断图中物理量L1_______ L2(填“>”、“<”);
②A点平衡常数KA的计算表达式为_______ ,B、C两点平衡常数KB_______ KC(填“>”、“<”或“=”)。
(4)二甲醚与水蒸气按体积比为1:3.5,且以一定流速通过催化剂,发生反应I,记录相关数据,得图:
由图可知,280℃时二甲醚转化率随时间迅速衰减,可能的原因是_______ 。为了有利于氢气的生成,可采取_______ 合理措施(写一条)。
(5)我国科学家开发了一种运用质子交换膜的电解甲醇制氢装置(见图),甲醇的电解电压相对于水可降低近2/3,降低了制氢的能耗。写出阳极反应式_______ 。
(1)1 mol二甲醚CH3OCH3(g)与水蒸气发生可逆反应,生成CO2(g)和H2(g)的化学方程式为
(2)根据下列两个热化学方程式,计算上述反应的反应热∆H=
反应I:CH3OCH3(g)+H2O(g)⇌2CH3OH(g) ∆H1=+37 kJ·mol-1
反应II:CH3OH(g)+H2O(g)⇌CO2(g)+3H2(g) ∆H2=+49 kJ·mol-1
若升高温度,会造成反应速率
(3)在一个恒压(起始体积为3 L)的密闭容器中充入2 mol CH3OH(g)和1 mol H2O(g),仅研究反应II。CH3OH的平衡含量随温度、压强的变化如图所示。
①判断图中物理量L1
②A点平衡常数KA的计算表达式为
(4)二甲醚与水蒸气按体积比为1:3.5,且以一定流速通过催化剂,发生反应I,记录相关数据,得图:
由图可知,280℃时二甲醚转化率随时间迅速衰减,可能的原因是
(5)我国科学家开发了一种运用质子交换膜的电解甲醇制氢装置(见图),甲醇的电解电压相对于水可降低近2/3,降低了制氢的能耗。写出阳极反应式
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解题方法
【推荐1】中国科学家为实现“碳中和”目标而不断努力,以CO2为原料合成甲烷、乙醇等能源物质具有良好的发展前景。
(1)CO2在固体催化剂表面加氢合成甲烷过程中发生以下两个反应:
主反应:CO2(g)+4H2(g)⇌CH4(g)+2H2O(g) ∆H1= -156.9kJ·mol-1
副反应:CO2(g)+H2(g)⇌CO(g)+H2O(g) ∆H2= +41.1kJ·mol-1
①已知2H2+O2(g)⇌2H2O(g) ∆H3= -483.6kJ·mol-1,1mol液态水完全汽化吸收热量44千焦,则CH4燃烧热∆H=_______
②500℃时,向1L恒容密闭容器中充入4mol CO2和12mol H2,初始压强为p,20min时主、副反应都达到平衡状态,测得c(H2O)=2.6mol·L-1,体系压强为P,则0~20min内,v(CH4)=_______ mol·L-1·min-1,平衡时CH4选择性=_______ ( CH4选择性=×100%,保留3位有效数字),平衡时副反应的Kp=_______ (分数表示)。
(2)已知CO2催化加氢合成乙醇的反应为:2CO2(g)+6H2(g)⇌C2H5OH(g)+3H2O(g) ∆H<0,设m为起始时的投料比,即。
①图1中投料比相同,则在T3 、T2、T1中温度最高的为_______ 。
②图2中m1、m2、m3从大到小的顺序为_______ 。
③该反应的Arrhenius经验公式的实验数据如图3中曲线a所示,已知Arhenius经验公式(Ea为活化能,k为速率常数,R和C为常数)。则该反应的活化能Ea=_______ kJ·mol-1。当改变外界条件时,实验数据如图3中的曲线b所示,则实验可能改变的外界条件是_______ 。
(1)CO2在固体催化剂表面加氢合成甲烷过程中发生以下两个反应:
主反应:CO2(g)+4H2(g)⇌CH4(g)+2H2O(g) ∆H1= -156.9kJ·mol-1
副反应:CO2(g)+H2(g)⇌CO(g)+H2O(g) ∆H2= +41.1kJ·mol-1
①已知2H2+O2(g)⇌2H2O(g) ∆H3= -483.6kJ·mol-1,1mol液态水完全汽化吸收热量44千焦,则CH4燃烧热∆H=
②500℃时,向1L恒容密闭容器中充入4mol CO2和12mol H2,初始压强为p,20min时主、副反应都达到平衡状态,测得c(H2O)=2.6mol·L-1,体系压强为P,则0~20min内,v(CH4)=
(2)已知CO2催化加氢合成乙醇的反应为:2CO2(g)+6H2(g)⇌C2H5OH(g)+3H2O(g) ∆H<0,设m为起始时的投料比,即。
①图1中投料比相同,则在T3 、T2、T1中温度最高的为
②图2中m1、m2、m3从大到小的顺序为
③该反应的Arrhenius经验公式的实验数据如图3中曲线a所示,已知Arhenius经验公式(Ea为活化能,k为速率常数,R和C为常数)。则该反应的活化能Ea=
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解题方法
【推荐2】按要求回答下列问题。
I.乙苯是一种用途广泛的有机原料,可制备多种化工产品。
制备苯乙烯原理:△H=+124kJ/mol,
(1)反应在_______ 更易自发进行(填“高温”或“低温”)。
(2)lmol苯乙烯在一定条件下最多与_______ mol氢气发生加成反应。
(3)工业上,在恒压设备中进行反应I时,常在乙苯蒸气中通入一定量的水蒸气。请用化学平衡理论解释通入水蒸气的原因:_______ 。
Ⅱ.将一定量氨基甲酸铵()加入体积为2L密闭容器中,发生反应 △H=a。该反应的平衡常数的负对数()值随温度(T)的变化曲线如图所示。
(1)某温度时,若测得3min时容器内氨气的物质的量为,则3min内平均速率_______ 。
(2)a_______ 0(填“>”“<”或“=”)。
(3)30℃,B点对应状态的v(正)_______ v(逆) (填“>”“<”或“=”)。
Ⅲ.工业上以、为原料生产尿素,,时,在1L的密闭容器中充入和模拟工业生产,,图为平衡转化率()与x的关系图。
(1)该反应的平衡常数表达式为_______ 。
(2)时,起始压强为,根据图中提供信息,求该反应的平衡常数_______ (为以分压表示的平衡常数,分压总压体积分数)。
I.乙苯是一种用途广泛的有机原料,可制备多种化工产品。
制备苯乙烯原理:△H=+124kJ/mol,
(1)反应在
(2)lmol苯乙烯在一定条件下最多与
(3)工业上,在恒压设备中进行反应I时,常在乙苯蒸气中通入一定量的水蒸气。请用化学平衡理论解释通入水蒸气的原因:
Ⅱ.将一定量氨基甲酸铵()加入体积为2L密闭容器中,发生反应 △H=a。该反应的平衡常数的负对数()值随温度(T)的变化曲线如图所示。
(1)某温度时,若测得3min时容器内氨气的物质的量为,则3min内平均速率
(2)a
(3)30℃,B点对应状态的v(正)
Ⅲ.工业上以、为原料生产尿素,,时,在1L的密闭容器中充入和模拟工业生产,,图为平衡转化率()与x的关系图。
(1)该反应的平衡常数表达式为
(2)时,起始压强为,根据图中提供信息,求该反应的平衡常数
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解题方法
【推荐3】为防治大气污染,保护和改善生活环境和生态环境,保障人体健康,促进经济和社会的可持续发展,国家制定了《中华人民共和国大气污染防治法》。
(1)当今最重要的大气污染物是氮氧化合物与二氧化硫,研究它们的转化对防治大气污染有着极其重要的意义。
反应Ⅰ:
反应Ⅱ:
反应Ⅲ:
反应Ⅳ:______ ,针对反应Ⅳ,有利于提高(正反应)平衡转化率的反应条件是____________ 。
(2)工业上常用法除去气体,反应原理为:在恒温恒压容器中按物质的量比投入和发生反应,在不同温度下反应相同的时间(秒),测得的转化率如图中所示(反应温度范围内催化剂活性恒定)①比较图中点与点在0到秒间的消耗的平均速率:______ (填“>”或“<”,下同),在秒时消耗的瞬时速率:______ 。
②上述方法消除气体时,还有副反应发生:,减小氧气的浓度可有效抑制副反应,其原因是____________ 。
(3)研究发现反应的反应速率随温度的升高而减小 ,反应历程:
第一步: 快平衡反应
第二步: 慢平衡反应
恒容条件下反应时,下图2中点是该反应在,中间产物含量的最大值。
①画出在下,中间产物含量的变化曲线_______ 。
②标出下时含量(标为点)位置_________ 。(4)二氧化氮气体有刺激性,有毒,产生于机动车尾气,锅炉废气排放等人为因素。加压时可以聚合成 N2O4,形成平衡混合气体:2NO2(g)N2O4(g) H<0。
①恒温恒容条件下,一定量气体发生反应达到平衡状态,混合气体平衡时总压强为,测得此时分压为60(分压=总压物质的量分数),则气体的转化率为______ 。
②此温度下反应的平衡常数______ (是分别用物质的分压 、物质量的分数代替物质的量浓度 来表示的平衡常数)。
(1)当今最重要的大气污染物是氮氧化合物与二氧化硫,研究它们的转化对防治大气污染有着极其重要的意义。
反应Ⅰ:
反应Ⅱ:
反应Ⅲ:
反应Ⅳ:
(2)工业上常用法除去气体,反应原理为:在恒温恒压容器中按物质的量比投入和发生反应,在不同温度下反应相同的时间(秒),测得的转化率如图中所示(反应温度范围内催化剂活性恒定)①比较图中点与点在0到秒间的消耗的平均速率:
②上述方法消除气体时,还有副反应发生:,减小氧气的浓度可有效抑制副反应,其原因是
(3)研究发现反应的反应速率随温度的
第一步: 快平衡反应
第二步: 慢平衡反应
恒容条件下反应时,下图2中点是该反应在,中间产物含量的最大值。
①画出在下,中间产物含量的变化曲线
②标出下时含量(标为点)位置
①恒温恒容条件下,一定量气体发生反应达到平衡状态,混合气体平衡时总压强为,测得此时分压为60(分压=总压物质的量分数),则气体的转化率为
②此温度下反应的平衡常数
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(0.4)
【推荐1】C2H4的生产和使用是衡量一个国家化工水平的重要标志,二氧化碳催化加氢、甲烷催化脱氢是工业上制备乙烯的常用方法。
(1)研究表明,在某催化剂作用下,体系总压强恒定为P kPa,起始充入原料的比例为n (CO2):n(H2)=1:3,CO2和H2可以发生反应生成乙烯:2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g) △H1理论计算表明,该反应达到平衡时,四种组分的物质的量分数x随温度T的变化如图所示。
①由上图判断,CO2催化加氢合成C2H4反应的△H___________ 0(填“大于””或“小于”),该反应自发进行的条件是___________ 。
②在图中画出在体系压强增加时(各物质的聚集状态均未改变),C2H4和CO2的物质的量分数x随温度T的变化曲线______ 。
③根据图中交点的坐标A(T,x),计算该温度时反应的平衡常数Kp=___________ (用P、 x表示,分压=总压×物质的量分数,不考虑Kp的单位)
④下列说法正确的是___________ 。
A.当C2H4和CO2的浓度相等时可判断反应到达平衡状态
B.达平衡时,按起始原料比再充入反应物,维持温度不变再次达平衡时,乙烯的体积分数不变
C.若体系改为恒温恒容,反应物起始投料比相同,CO2的平衡转化率减小
D.为提高工业生产效率,该反应的适宜条件是高温高压
(2)甲烷催化脱氢制备乙烯过程发生如下反应:
主反应:2CH4(g)C2H4(g) +2H2(g) △H2>0
副反应:2CH4(g)C2H6(g) +H2(g) △H3>0
实验测得产物的体积分数受温度影响变化如图所示,欲提高乙烯的产率,可采取的措施有___________ ( 写两点)。温度高于600℃,乙烯的体积分数反而下降,其主要原因是___________ 。
(1)研究表明,在某催化剂作用下,体系总压强恒定为P kPa,起始充入原料的比例为n (CO2):n(H2)=1:3,CO2和H2可以发生反应生成乙烯:2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g) △H1理论计算表明,该反应达到平衡时,四种组分的物质的量分数x随温度T的变化如图所示。
①由上图判断,CO2催化加氢合成C2H4反应的△H
②在图中画出在体系压强增加时(各物质的聚集状态均未改变),C2H4和CO2的物质的量分数x随温度T的变化曲线
③根据图中交点的坐标A(T,x),计算该温度时反应的平衡常数Kp=
④下列说法正确的是
A.当C2H4和CO2的浓度相等时可判断反应到达平衡状态
B.达平衡时,按起始原料比再充入反应物,维持温度不变再次达平衡时,乙烯的体积分数不变
C.若体系改为恒温恒容,反应物起始投料比相同,CO2的平衡转化率减小
D.为提高工业生产效率,该反应的适宜条件是高温高压
(2)甲烷催化脱氢制备乙烯过程发生如下反应:
主反应:2CH4(g)C2H4(g) +2H2(g) △H2>0
副反应:2CH4(g)C2H6(g) +H2(g) △H3>0
实验测得产物的体积分数受温度影响变化如图所示,欲提高乙烯的产率,可采取的措施有
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【推荐2】工业合成氨是人工固氮研究的重要领域,回答下列问题:
(1)诺贝尔化学奖获得者格哈德·埃特尔确认了合成氨反应机理。时,各步反应的能量变化如图所示,其中吸附在催化剂表面上的粒子用“*”标注。图中决速步骤的反应方程式为___________ ,该步反应的活化能___________ 。
(2)关于合成氨工艺的下列理解,正确的是___________ 。
A.合成氨的反应在较低温度下可为自发反应
B.控制温度(773K)远高于室温,是为了保证尽可能高的平衡转化率和快的反应速率
C.当温度、压强一定时,在原料气(和的比例不变)中添加少量惰性气体,有利于提高平衡转化率
D.基于有较强的分子间作用力可将其液化,不断将液氨移去,利于反应正向进行
E.分离空气可得,通过天然气和水蒸气转化可得,原料气须经过净化处理,以防止催化剂中毒和安全事故发生
(3)①相同质量的同种催化剂,在载体上的分散度越高,催化作用越强,原因是___________ 。
②已知在催化剂表面的吸附量会影响催化效果,在少量某催化剂下分解的实验数据如下表:
分析表中数据可知,随着反应进行,减小,平均反应速率___________ (填“增大”、“减小”或“不变”),对该分析结果的合理解释是___________ 。
(4)在一定条件下,向某反应容器中投入和在不同温度下反应,平衡体系中氨的物质的量分数随压强变化曲线如图所示:①中温度最高的是___________ ,M点的转化率为___________ 。
②1939年捷姆金和佩热夫推出合成氨反应在接近平衡时净速率方程式为:的分别为正反应和逆反应的速率常数;代表各组分的分压;α为常数,当达平衡时,净速率为0,工业上以铁为催化剂,,由M点数据计算___________ 。
(1)诺贝尔化学奖获得者格哈德·埃特尔确认了合成氨反应机理。时,各步反应的能量变化如图所示,其中吸附在催化剂表面上的粒子用“*”标注。图中决速步骤的反应方程式为
(2)关于合成氨工艺的下列理解,正确的是
A.合成氨的反应在较低温度下可为自发反应
B.控制温度(773K)远高于室温,是为了保证尽可能高的平衡转化率和快的反应速率
C.当温度、压强一定时,在原料气(和的比例不变)中添加少量惰性气体,有利于提高平衡转化率
D.基于有较强的分子间作用力可将其液化,不断将液氨移去,利于反应正向进行
E.分离空气可得,通过天然气和水蒸气转化可得,原料气须经过净化处理,以防止催化剂中毒和安全事故发生
(3)①相同质量的同种催化剂,在载体上的分散度越高,催化作用越强,原因是
②已知在催化剂表面的吸附量会影响催化效果,在少量某催化剂下分解的实验数据如下表:
反应时间/ | 0 | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 |
(4)在一定条件下,向某反应容器中投入和在不同温度下反应,平衡体系中氨的物质的量分数随压强变化曲线如图所示:①中温度最高的是
②1939年捷姆金和佩热夫推出合成氨反应在接近平衡时净速率方程式为:的分别为正反应和逆反应的速率常数;代表各组分的分压;α为常数,当达平衡时,净速率为0,工业上以铁为催化剂,,由M点数据计算
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(0.4)
解题方法
【推荐3】“低碳经济”备受关注,CO2的捕集、利用与封存成为科学家研究的重要课题。将一定量的CO2(B)和CH4(g)通入一恒容密闭容器中发生反应CO2(g)+CH4(g)2CO(g)+2H2(g)。回答下列问题:
(1)已知:CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g) △H1=-802 kJ·mol-1
CO(g)+O2(g)=CO2(g) △H2=-283kJ·mol-1
CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g) △H3=-41 kJ·mol-1
则反应CO2(g)+CH4(g)2CO(g) +2H2(g)的△H =___________ 。
(2)其他条件相同,在不同催化剂(Ⅰ、Ⅱ)作用下,反应经过相同时间时,体系中CO含量随反应温度的变化如图1所示。
①在a点与c点对应的反应条件下,反应继续进行一段时间后达到平衡,平衡常数K(a 点)________ K(c点 )( 填“>”“ <”或“=”)。
②b点CO含量低于c点的原因是____________________ 。
(3)为了探究反应:CO2(g) +CH4(g)2CO(g)+2H2(g)的反应速率与浓度的关系,起始时向恒容密闭容器中通入CO2与CH4,使其物质的量浓度均为1.0 mol·L-1,平衡时,根据相关数据绘制出两条反应速率与浓度关系曲线(如图2):v正~c(CH4)和v逆~c(CO)。则与曲线v正~c(CH4)相对应的是图中曲线____________ (填“甲”或“乙”);该反应达到平衡后,某一时刻降低温度,反应重新达到平衡,则此时曲线甲对应的平衡点可能为____________ (填字母)。
(4)将足量CO2通入饱和氨水中可得氮肥NH4HCO3。在NH4HCO3溶液中,反应NH4++HCO3-+H2ONH3·H2O+H2CO3的平衡常数K=_________ (已知常温下NH3·H2O的电离平衡常数Kb=2×10-5,H2CO3的电离平衡常数Ka2=4×10-11)。
(5)科学家用氮化镓材料与铜组装成如图3所示的人工光合系统,利用该装置成功地实现了用CO2和H2O合成CH4。。氮化镓(GaN)表面发生__________ (填“氧化”或“还 原”)反应,铜电极上的电极反应式为______________________ 。
(1)已知:CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g) △H1=-802 kJ·mol-1
CO(g)+O2(g)=CO2(g) △H2=-283kJ·mol-1
CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g) △H3=-41 kJ·mol-1
则反应CO2(g)+CH4(g)2CO(g) +2H2(g)的△H =
(2)其他条件相同,在不同催化剂(Ⅰ、Ⅱ)作用下,反应经过相同时间时,体系中CO含量随反应温度的变化如图1所示。
①在a点与c点对应的反应条件下,反应继续进行一段时间后达到平衡,平衡常数K(a 点)
②b点CO含量低于c点的原因是
(3)为了探究反应:CO2(g) +CH4(g)2CO(g)+2H2(g)的反应速率与浓度的关系,起始时向恒容密闭容器中通入CO2与CH4,使其物质的量浓度均为1.0 mol·L-1,平衡时,根据相关数据绘制出两条反应速率与浓度关系曲线(如图2):v正~c(CH4)和v逆~c(CO)。则与曲线v正~c(CH4)相对应的是图中曲线
(4)将足量CO2通入饱和氨水中可得氮肥NH4HCO3。在NH4HCO3溶液中,反应NH4++HCO3-+H2ONH3·H2O+H2CO3的平衡常数K=
(5)科学家用氮化镓材料与铜组装成如图3所示的人工光合系统,利用该装置成功地实现了用CO2和H2O合成CH4。。氮化镓(GaN)表面发生
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解答题-原理综合题
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(0.4)
解题方法
【推荐1】消除含氮化合物对大气和水体的污染是环境保护的重要研究课题。
Ⅰ.化学上采用处理不仅可以消除污染,还可作为工业生产的能量来源。
(1)工业上可采用的方法合成氨。我国学者采用量子力学方法,通过计算机模拟,研究了在催化剂表面上合成氨的反应历程。图1为各步反应的能量变化示意图,其中“吸”表示各气态物质在催化剂表面吸附。
①该反应历程中正反应的最大活化能为________ 。
②合成氨反应的热化学方程式为_________________ 。
(2)不同温度下,向三个容器中分别投入相同量的反应物进行反应,测得不同压强下平衡混合物中的物质的量分数如图2所示。
①M点的________ N点的(填“>”、“<”或“=”)。
②℃时,将和充入2L的密闭容器中,维持压强为60MPa不变,达到N点的平衡状态,化学平衡常数K=________ (用最简分数表示)。
Ⅱ.废水中的氮常以含氮有机物、氨、硝酸盐及亚硝酸盐等形式存在。
(3)①用次氯酸钠除去氨氮(以示)的原理如图3所示。写出总反应的化学方程式:______________ 。
②取一定量的含氨氮废水,改变加入次氯酸钠的用量,反应相同时间后,溶液中氨氮去除率、总氮(溶液中所有可溶性的含氮化合物中氮元素的总量)去除率以及剩余次氯酸钠的含量随的变化情况如图4所示。当时,水体中总氮去除率反而下降,可能的原因是________ 。
(4)近年来,水体中的硝酸盐含量不断增加。工业上去除废水中硝酸盐的方法是采用电解法将转化为,部分装置如图5所示。
①B电极的电极反应式是________ .
②常温下,除去10L废水中的后,最终废水的________ (电解前后废水的体积变化忽略不计)。
Ⅰ.化学上采用处理不仅可以消除污染,还可作为工业生产的能量来源。
(1)工业上可采用的方法合成氨。我国学者采用量子力学方法,通过计算机模拟,研究了在催化剂表面上合成氨的反应历程。图1为各步反应的能量变化示意图,其中“吸”表示各气态物质在催化剂表面吸附。
①该反应历程中正反应的最大活化能为
②合成氨反应的热化学方程式为
(2)不同温度下,向三个容器中分别投入相同量的反应物进行反应,测得不同压强下平衡混合物中的物质的量分数如图2所示。
①M点的
②℃时,将和充入2L的密闭容器中,维持压强为60MPa不变,达到N点的平衡状态,化学平衡常数K=
Ⅱ.废水中的氮常以含氮有机物、氨、硝酸盐及亚硝酸盐等形式存在。
(3)①用次氯酸钠除去氨氮(以示)的原理如图3所示。写出总反应的化学方程式:
②取一定量的含氨氮废水,改变加入次氯酸钠的用量,反应相同时间后,溶液中氨氮去除率、总氮(溶液中所有可溶性的含氮化合物中氮元素的总量)去除率以及剩余次氯酸钠的含量随的变化情况如图4所示。当时,水体中总氮去除率反而下降,可能的原因是
(4)近年来,水体中的硝酸盐含量不断增加。工业上去除废水中硝酸盐的方法是采用电解法将转化为,部分装置如图5所示。
①B电极的电极反应式是
②常温下,除去10L废水中的后,最终废水的
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解答题-实验探究题
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(0.4)
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【推荐2】草酸钴用途广泛,可用于指示剂和催化剂制备。
(1)向硫酸钴溶液中加入草酸铵溶液后,当溶液中C2O浓度为0.1mol·L-1时,Co2+浓度为___ (Ksp(CoC2O4)=6.3×10-8)。
(2)检验草酸钴固体是否洗净的实验操作___ 。
(3)在空气中加热10.98g草酸钴晶体(CoC2O4·2H2O),受热过程中不同温度范围内分别得到一种固体物质,其质量如表。
经测定,加热到210~320℃过程中的生成物只有CO2和钴的氧化物,此过程发生反应的化学方程式为___ 。
(4)钴有多种氧化物,其中Co3O4可用作电极,若选用KOH电解质溶液,通电时可转化为CoOOH,其电极反应式为__ 。
(5)为测定某草酸钴样品中草酸钴晶体(CoC2O4·2H2O)的质量分数,进行如下实验:
①取草酸钴(CoC2O4·2H2O)样品3.050g,加入100.00mL0.1000mol·L-1酸性KMnO4溶液,加热(该条件下Co2+不被氧化)。
②充分反应后将溶液冷却至室温,加入250mL容量瓶中,定容。
③取25.00mL溶液,用0.1000mol·L-1FeSO4溶液滴定。
④重复步骤③的实验2次。三次测定数据如表:
计算样品中草酸钴晶体(CoC2O4·2H2O)的质量分数___ (写出计算过程)。
(1)向硫酸钴溶液中加入草酸铵溶液后,当溶液中C2O浓度为0.1mol·L-1时,Co2+浓度为
(2)检验草酸钴固体是否洗净的实验操作
(3)在空气中加热10.98g草酸钴晶体(CoC2O4·2H2O),受热过程中不同温度范围内分别得到一种固体物质,其质量如表。
温度范围/℃ | 150~210 | 290~320 | 890~920 |
固体质量/g | 8.82 | 4.82 | 4.50 |
(4)钴有多种氧化物,其中Co3O4可用作电极,若选用KOH电解质溶液,通电时可转化为CoOOH,其电极反应式为
(5)为测定某草酸钴样品中草酸钴晶体(CoC2O4·2H2O)的质量分数,进行如下实验:
①取草酸钴(CoC2O4·2H2O)样品3.050g,加入100.00mL0.1000mol·L-1酸性KMnO4溶液,加热(该条件下Co2+不被氧化)。
②充分反应后将溶液冷却至室温,加入250mL容量瓶中,定容。
③取25.00mL溶液,用0.1000mol·L-1FeSO4溶液滴定。
④重复步骤③的实验2次。三次测定数据如表:
实验序号 | 1 | 2 | 3 |
消耗FeSO4标准溶液体积/mL | 18.32 | 18.02 | 17.98 |
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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3】请完成下列小题:
(1)工业上可利用CO2和H2生成甲醇,热化学方程式如下:
CO2(g)+3H2(g)CH3OH(l)+H2O(g) △H=Q1 kJ·mol-1
又查资料得知:①CH3OH(l)+O2(g) CO2(g)+H2(g) △H=Q2 kJ·mol-1
②H2O(g)= H2O(l) △H=Q3 kJ·mol-1
则表示甲醇的燃烧热的热化学方程式为________________ 。
某同学设计了一个甲醇燃料电池,并用该电池电解200mL一定浓度的NaCl与CuSO4混合溶液,其装置如图:
(2)写出甲中通入甲醇这一极的电极反应式_______________________ 。
(3)理论上乙中两极所得气体的体积随时间变化的关系如图所示(已换算成标准状况下的体积),写出在t1后,石墨电极上的电极反应式___________ ,原混合溶液中NaCl的物质的量浓度为_______ mol/L。(设溶液体积不变)
(4)当向上述甲装置中通入标况下的氧气336mL时,理论上在铁电极上可析出铜的质量为_________ g。
(5)已知草酸H2C2O4为弱酸。
①常温下,下列事实能说明草酸是弱电解质的是____________ 。
A.向草酸钠溶液加酚酞,溶液变红
B.取一定量草酸溶液加水稀释至10倍,pH变化小于1
C.草酸能使酸性KMnO4溶液褪色
D.取相同pH的草酸溶液和盐酸,分别加入足量的大小、形状相同的镁条,草酸溶液反应速度快
②常温下,0.1mol·L-1的草酸溶液与pH=13的NaOH溶液等体积混合,所得溶液的pH为6,则c(HC2O4-)+2c(C2O42-)=________________ 。(用准确的数学表达式表示)
(1)工业上可利用CO2和H2生成甲醇,热化学方程式如下:
CO2(g)+3H2(g)CH3OH(l)+H2O(g) △H=Q1 kJ·mol-1
又查资料得知:①CH3OH(l)+O2(g) CO2(g)+H2(g) △H=Q2 kJ·mol-1
②H2O(g)= H2O(l) △H=Q3 kJ·mol-1
则表示甲醇的燃烧热的热化学方程式为
某同学设计了一个甲醇燃料电池,并用该电池电解200mL一定浓度的NaCl与CuSO4混合溶液,其装置如图:
(2)写出甲中通入甲醇这一极的电极反应式
(3)理论上乙中两极所得气体的体积随时间变化的关系如图所示(已换算成标准状况下的体积),写出在t1后,石墨电极上的电极反应式
(4)当向上述甲装置中通入标况下的氧气336mL时,理论上在铁电极上可析出铜的质量为
(5)已知草酸H2C2O4为弱酸。
①常温下,下列事实能说明草酸是弱电解质的是
A.向草酸钠溶液加酚酞,溶液变红
B.取一定量草酸溶液加水稀释至10倍,pH变化小于1
C.草酸能使酸性KMnO4溶液褪色
D.取相同pH的草酸溶液和盐酸,分别加入足量的大小、形状相同的镁条,草酸溶液反应速度快
②常温下,0.1mol·L-1的草酸溶液与pH=13的NaOH溶液等体积混合,所得溶液的pH为6,则c(HC2O4-)+2c(C2O42-)=
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