Kvisle等人使用催化剂研究乙醇转化为1,3-丁二烯的反应机理如下。
反应Ⅰ:(g)(g)+H2(g)
反应Ⅱ:(g)(g)+H2O(g)
反应Ⅲ:(g)+ (g)(g)+H2O(g)
(1)在393K,1L恒容密闭容器中进行反应Ⅲ。初始加入0.1mol乙醛和0.1mol乙烯,达平衡时,体系向环境吸热1.3kJ;若初始加入0.4mol 1,3-丁二烯和0.4mol水蒸气,达平衡时,体系向环境放热5.2kJ。忽略副反应热效应,反应Ⅲ焓变___________ 。若反应Ⅲ正反应的活化能为,则反应Ⅲ逆反应的活化能为___________ 。
(2)在393K,上述反应容器中加入1mol乙醛和1mol乙烯只进行反应Ⅲ,下列能说明反应Ⅲ一定达到平衡的是___________ 。
a.(乙醛)(1,3-丁二烯)
b.混合气体的密度不再发生变化
c.c(乙醛):c(乙烯):c(1,3-丁二烯):c(水蒸气)=1:1:1:1
d.1,3-丁二烯与水蒸气的浓度之比不再发生变化
(3)在393K,向恒容密闭容器中加入5mol乙醇气体,初始压强为,同时发生上述3个反应。反应进行2个小时,此时测得容器压强为,则此时乙醇气体的转化率为___________ 。
(4)在500K,向恒容密闭容器中加入一定量的乙醇气体,同时发生上述3个反应,混合气体中乙醇、H2、1,3-丁二烯的物质的量分数变化如图所示。图中表示H2的物质的量分数变化的曲线是___________ ,t1时,1,3-丁二烯的产率为___________ (保留三位有效数字)。此温度下,反应Ⅲ的平衡常数___________ 。平衡后,向该容器中再加入一定量的乙醇气体,1,3-丁二烯的产率___________ (填“增大”、“减小”或“不变”)。
反应Ⅰ:(g)(g)+H2(g)
反应Ⅱ:(g)(g)+H2O(g)
反应Ⅲ:(g)+ (g)(g)+H2O(g)
(1)在393K,1L恒容密闭容器中进行反应Ⅲ。初始加入0.1mol乙醛和0.1mol乙烯,达平衡时,体系向环境吸热1.3kJ;若初始加入0.4mol 1,3-丁二烯和0.4mol水蒸气,达平衡时,体系向环境放热5.2kJ。忽略副反应热效应,反应Ⅲ焓变
(2)在393K,上述反应容器中加入1mol乙醛和1mol乙烯只进行反应Ⅲ,下列能说明反应Ⅲ一定达到平衡的是
a.(乙醛)(1,3-丁二烯)
b.混合气体的密度不再发生变化
c.c(乙醛):c(乙烯):c(1,3-丁二烯):c(水蒸气)=1:1:1:1
d.1,3-丁二烯与水蒸气的浓度之比不再发生变化
(3)在393K,向恒容密闭容器中加入5mol乙醇气体,初始压强为,同时发生上述3个反应。反应进行2个小时,此时测得容器压强为,则此时乙醇气体的转化率为
(4)在500K,向恒容密闭容器中加入一定量的乙醇气体,同时发生上述3个反应,混合气体中乙醇、H2、1,3-丁二烯的物质的量分数变化如图所示。图中表示H2的物质的量分数变化的曲线是
更新时间:2023-12-31 14:38:56
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【推荐1】2021年11月2日,第四届世界顶尖科学家碳大会——通往“双碳目标”的科技之路论坛在上海召开。我国科学家刘科提到了绿色甲醇技术,将转化为甲醇是实现碳达峰、碳命题:中和的一种非常重要的路径。发生的主要反应如下。
Ⅰ.
Ⅱ.
Ⅲ.
回答下列问题:
(1)已知上述反应Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的平衡常数K与温度T的关系为:,,(x、y、z、A、B、C均为常数,A、C均大于零,B小于零)。则反应Ⅰ的活化能(正)_______ (逆),的数值范围是_______ 。
(2)最近科学家采用真空封管法制备磷化硼纳米颗粒,可用与合成[],反应的催化剂,在发展非金属催化剂实现电催化还原制备甲醇方向取得重要进展,该反应历程的相对能量差值如图所示(部分物质未画出)。反应历程如图所示:_______ 。
②上述合成甲醇的反应速率较慢,要使反应速率加快,主要降低下列变化中_______ (填字母)的能量变化。
A. B.
C. D.
(3)向三个体积均为2 L的恒容密闭容器中分别充入1 mol 和3 mol ,在不同催化剂作用下仅发生反应I,测得在不同催化剂催化作用下反应相同时间内反应1中的转化率随温度变化的数据如下表所示。(时,的转化率为66.67%。即转化了)
①在温度为时,催化效果最好的催化剂是_______ (填“催化剂a”、“催化剂b”或“催化剂c”)。
②温度为时,该反应的浓度平衡常数_______ 。
(4)当压强分别为、时,将的混合气体置于某恒压密闭容器中同时发生反应Ⅰ和反应Ⅱ,不同温度下体系中的平衡转化率和、的选择性如下图所示。{[或]的选择性}_______ (填“”或“CO”)的选择性,原因是_______ 。
②_______ (填“>”或“<”)。
Ⅰ.
Ⅱ.
Ⅲ.
回答下列问题:
(1)已知上述反应Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的平衡常数K与温度T的关系为:,,(x、y、z、A、B、C均为常数,A、C均大于零,B小于零)。则反应Ⅰ的活化能(正)
(2)最近科学家采用真空封管法制备磷化硼纳米颗粒,可用与合成[],反应的催化剂,在发展非金属催化剂实现电催化还原制备甲醇方向取得重要进展,该反应历程的相对能量差值如图所示(部分物质未画出)。反应历程如图所示:
①反应容易得到的副产物有CO和,其中相对较少的副产物为
②上述合成甲醇的反应速率较慢,要使反应速率加快,主要降低下列变化中
A. B.
C. D.
(3)向三个体积均为2 L的恒容密闭容器中分别充入1 mol 和3 mol ,在不同催化剂作用下仅发生反应I,测得在不同催化剂催化作用下反应相同时间内反应1中的转化率随温度变化的数据如下表所示。(时,的转化率为66.67%。即转化了)
温度 转化率 使用的催化剂 | |||||
催化剂a | 65% | 77% | 80% | 80% | 66.67% |
催化剂b | 56% | 67% | 76% | 80% | 66.67% |
催化剂c | 48% | 62% | 72% | 80% | 66.67% |
②温度为时,该反应的浓度平衡常数
(4)当压强分别为、时,将的混合气体置于某恒压密闭容器中同时发生反应Ⅰ和反应Ⅱ,不同温度下体系中的平衡转化率和、的选择性如下图所示。{[或]的选择性}
①曲线b代表
②
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【推荐2】的转化和利用是实现碳中和的有效途径。其中转换为被认为是最可能利用的路径,该路径涉及反应如下:
反应
反应Ⅱ:
请回答下列问题:
(1)在特定温度下,由稳定态单质生成化合物的焓变叫该物质在此温度下的标准生成焓。下表为几种物质在的标准生成焓,则反应的______ 。
(2)为了提高的平衡转化率和增大甲醇的选择性,可采用的措施是:______ 。
a.增大 b.及时移除甲醇 c.减小容器体积 d.充入
(3)保持温度恒定,向某恒容容器中按体积比1:3:1充入和,起始压强为。发生上述平行反应,达到平衡后压强为。已知达到平衡时的选择性为。则:
①下列不能作为反应(反应Ⅰ和反应Ⅱ)达到平衡状态的判据是______ (填标号)。
A.气体的密度不再变化 B.容器的总压强不再改变
C.气体的平均摩尔质量不再变化 D.的分压不再改变
②的转化率为______ ;该条件下反应Ⅰ的压强平衡常数为______ (用分压表示,分压=总压物质的量分数)
(4)已知Arrhenius经验公式为(为活化能,为速率常数,和为常数),为探究m、n两种催化剂对反应I的催化效能,进行了实验探究,依据实验数据获得下图。在催化剂作用下,该反应的活化能______ ,从图中信息获知催化性能较高的催化剂是______ (填“”或“”)。
反应
反应Ⅱ:
请回答下列问题:
(1)在特定温度下,由稳定态单质生成化合物的焓变叫该物质在此温度下的标准生成焓。下表为几种物质在的标准生成焓,则反应的
物质 | ||||
0 | -394 | -111 | -242 |
(2)为了提高的平衡转化率和增大甲醇的选择性,可采用的措施是:
a.增大 b.及时移除甲醇 c.减小容器体积 d.充入
(3)保持温度恒定,向某恒容容器中按体积比1:3:1充入和,起始压强为。发生上述平行反应,达到平衡后压强为。已知达到平衡时的选择性为。则:
①下列不能作为反应(反应Ⅰ和反应Ⅱ)达到平衡状态的判据是
A.气体的密度不再变化 B.容器的总压强不再改变
C.气体的平均摩尔质量不再变化 D.的分压不再改变
②的转化率为
(4)已知Arrhenius经验公式为(为活化能,为速率常数,和为常数),为探究m、n两种催化剂对反应I的催化效能,进行了实验探究,依据实验数据获得下图。在催化剂作用下,该反应的活化能
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【推荐3】以NOx为主要成分的雾霾的综合治理是当前重要的研究课题。
(1) N2O是一种强温室气体,且易形成颗粒性污染物,研究N2O的分解对环境保护有重要意义。碘蒸气存在能大幅度提高N2O的分解速率,反应历程为:
第一步:I2(g)2I(g)(快反应)
第二步:I(g)+N2O(g)→N2(g)+IO(g)(慢反应)
第三步:IO(g)+N2O(g)→N2(g)+O2(g)+I2(g)(快反应)
实验表明,含碘时N2O分解速率方程v=k·c(N2O)·[c(I2)]0.5(k为速率常数)。下列表述正确的是__________
A. N2O分解反应中:k值与是否含碘蒸气有关
B.第三步对总反应速率起决定作用
C.第二步活化能比第三步小
D.IO为反应的催化剂
(2)汽车尾气中含有较多的氮氧化物和不完全燃烧的CO,汽车三元催化器可以实现降低氮氧化物的排放量。比如,汽车尾气中的NO(g)和CO(g)在催化剂的作用下转化成两种无污染的气体:2CO(g)+2NO(g)N2(g)+2CO2(g) △H1。
①已知:反应N2(g)+O2(g)2NO(g) △H2=+180.0 kJ/mol,若CO的燃烧热为-283.5 kJ/mol,则△H1=__________ 。
②若在恒容的密闭容器中,充入2 molCO和1 molNO,下列选项中不能说明该反应已经达到平衡状态的是__________
A.CO和NO的物质的量之比不变 B.混合气体的密度保持不变
C.混合气体的压强保持不变 D.2v(N2)正=v(CO)逆
③研究表明氮氧化物的脱除率除了与还原剂、催化剂相关外,还取决于催化剂表面氧缺位的密集程度。以La0.8A0.2BCoO3+x(A、B均为过渡元素)为催化剂,用H2还原NO的机理如下:
第一阶段:B4+(不稳定)+H2→低价态的金属离子(还原前后催化剂中金属原子的个数不变)
第二阶段:I. NO(g)+□→NO(a)
II.2NO(a)→2N(a)+O2(g) III. 2N(a)→N2(g)+2□
IV. 2NO(a)→N2(g)+2O(a) V.20(a)→O2(g)+2□
注:□表示催化剂表面的氧缺位,g表示气态,a表示吸附态
第一阶段用氢气还原B4+得到低价态的金属离子越多,第二阶段反应的速率越快,原因是_____________ 。
(3)N2O4与NO2之间存在反应N2O4(g)2NO2(g)。将定量的N2O4放入恒容密闭容器中,测得其平衡转化率[α(N2O4)]随温度的变化如图所示。
①图中a点对应温度下。已知N2O4的起始压强为108 kPa, 则该温度下反应的平衡常数Kp=______ kPa(用平衡分压代替平衡农度计算, 分压=总压×物质的量分数)。
②在一定条件下,该反应N2O4、NO2的消耗速率与自身压强间存在关系v(N2O4)=k1p(N2O4),v(NO2)=k2p2(NO2),其中k1、k2是与反应温度有关的常数。相应的速率、压强关系如下图所示,一定温度下,k1、 k2与平衡常数Kp的关系是k1=______ 在下图 上标出的点中,能表示反应达到平衡状态的点为__________ (填字母代号)。
(4)①为了消除NO、NO2、N2O4对大气的污染,常采用氢氧化钠溶液进行吸收处理。现有由a mol NO、b molNO2、c mol N2O4组成的混合气体恰好被V L氢氧化钠溶液吸收(无气体剩余),则此氢氧化钠溶液的物质的量浓度最小的为____________ 。
②也可用Na2CO3溶液处理烟气中的氮氧化物,写出NO2被Na2CO3溶液吸收生成三种盐的化学反应方程式________________________ 。
(1) N2O是一种强温室气体,且易形成颗粒性污染物,研究N2O的分解对环境保护有重要意义。碘蒸气存在能大幅度提高N2O的分解速率,反应历程为:
第一步:I2(g)2I(g)(快反应)
第二步:I(g)+N2O(g)→N2(g)+IO(g)(慢反应)
第三步:IO(g)+N2O(g)→N2(g)+O2(g)+I2(g)(快反应)
实验表明,含碘时N2O分解速率方程v=k·c(N2O)·[c(I2)]0.5(k为速率常数)。下列表述正确的是
A. N2O分解反应中:k值与是否含碘蒸气有关
B.第三步对总反应速率起决定作用
C.第二步活化能比第三步小
D.IO为反应的催化剂
(2)汽车尾气中含有较多的氮氧化物和不完全燃烧的CO,汽车三元催化器可以实现降低氮氧化物的排放量。比如,汽车尾气中的NO(g)和CO(g)在催化剂的作用下转化成两种无污染的气体:2CO(g)+2NO(g)N2(g)+2CO2(g) △H1。
①已知:反应N2(g)+O2(g)2NO(g) △H2=+180.0 kJ/mol,若CO的燃烧热为-283.5 kJ/mol,则△H1=
②若在恒容的密闭容器中,充入2 molCO和1 molNO,下列选项中不能说明该反应已经达到平衡状态的是
A.CO和NO的物质的量之比不变 B.混合气体的密度保持不变
C.混合气体的压强保持不变 D.2v(N2)正=v(CO)逆
③研究表明氮氧化物的脱除率除了与还原剂、催化剂相关外,还取决于催化剂表面氧缺位的密集程度。以La0.8A0.2BCoO3+x(A、B均为过渡元素)为催化剂,用H2还原NO的机理如下:
第一阶段:B4+(不稳定)+H2→低价态的金属离子(还原前后催化剂中金属原子的个数不变)
第二阶段:I. NO(g)+□→NO(a)
II.2NO(a)→2N(a)+O2(g) III. 2N(a)→N2(g)+2□
IV. 2NO(a)→N2(g)+2O(a) V.20(a)→O2(g)+2□
注:□表示催化剂表面的氧缺位,g表示气态,a表示吸附态
第一阶段用氢气还原B4+得到低价态的金属离子越多,第二阶段反应的速率越快,原因是
(3)N2O4与NO2之间存在反应N2O4(g)2NO2(g)。将定量的N2O4放入恒容密闭容器中,测得其平衡转化率[α(N2O4)]随温度的变化如图所示。
①图中a点对应温度下。已知N2O4的起始压强为108 kPa, 则该温度下反应的平衡常数Kp=
②在一定条件下,该反应N2O4、NO2的消耗速率与自身压强间存在关系v(N2O4)=k1p(N2O4),v(NO2)=k2p2(NO2),其中k1、k2是与反应温度有关的常数。相应的速率、压强关系如下图所示,一定温度下,k1、 k2与平衡常数Kp的关系是k1=
(4)①为了消除NO、NO2、N2O4对大气的污染,常采用氢氧化钠溶液进行吸收处理。现有由a mol NO、b molNO2、c mol N2O4组成的混合气体恰好被V L氢氧化钠溶液吸收(无气体剩余),则此氢氧化钠溶液的物质的量浓度最小的为
②也可用Na2CO3溶液处理烟气中的氮氧化物,写出NO2被Na2CO3溶液吸收生成三种盐的化学反应方程式
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【推荐1】的转化和利用是实现碳中和的有效途径。其中转换为被认为是最可能利用的路径,该路径涉及反应如下:
反应
反应Ⅱ:
请回答下列问题:
(1)在特定温度下,由稳定态单质生成化合物的焓变叫该物质在此温度下的标准生成焓。下表为几种物质在的标准生成焓,则反应的______ 。
(2)为了提高的平衡转化率和增大甲醇的选择性,可采用的措施是:______ 。
a.增大 b.及时移除甲醇 c.减小容器体积 d.充入
(3)保持温度恒定,向某恒容容器中按体积比1:3:1充入和,起始压强为。发生上述平行反应,达到平衡后压强为。已知达到平衡时的选择性为。则:
①下列不能作为反应(反应Ⅰ和反应Ⅱ)达到平衡状态的判据是______ (填标号)。
A.气体的密度不再变化 B.容器的总压强不再改变
C.气体的平均摩尔质量不再变化 D.的分压不再改变
②的转化率为______ ;该条件下反应Ⅰ的压强平衡常数为______ (用分压表示,分压=总压物质的量分数)
(4)已知Arrhenius经验公式为(为活化能,为速率常数,和为常数),为探究m、n两种催化剂对反应I的催化效能,进行了实验探究,依据实验数据获得下图。在催化剂作用下,该反应的活化能______ ,从图中信息获知催化性能较高的催化剂是______ (填“”或“”)。
反应
反应Ⅱ:
请回答下列问题:
(1)在特定温度下,由稳定态单质生成化合物的焓变叫该物质在此温度下的标准生成焓。下表为几种物质在的标准生成焓,则反应的
物质 | ||||
0 | -394 | -111 | -242 |
(2)为了提高的平衡转化率和增大甲醇的选择性,可采用的措施是:
a.增大 b.及时移除甲醇 c.减小容器体积 d.充入
(3)保持温度恒定,向某恒容容器中按体积比1:3:1充入和,起始压强为。发生上述平行反应,达到平衡后压强为。已知达到平衡时的选择性为。则:
①下列不能作为反应(反应Ⅰ和反应Ⅱ)达到平衡状态的判据是
A.气体的密度不再变化 B.容器的总压强不再改变
C.气体的平均摩尔质量不再变化 D.的分压不再改变
②的转化率为
(4)已知Arrhenius经验公式为(为活化能,为速率常数,和为常数),为探究m、n两种催化剂对反应I的催化效能,进行了实验探究,依据实验数据获得下图。在催化剂作用下,该反应的活化能
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解题方法
【推荐2】(一) 尿素又称碳酰胺,是含氮量最高的氮肥,工业上利用二氧化碳和氨气在一定条件下合成尿素。其反应分为如下两步:
第一步:2NH3(l)+CO2(g)H2NCOONH4(氨基甲酸铵)(l) △H1= -330.0 kJ·mol-1
第二步:H2NCOONH4(l)H2O(l)+H2NCONH2(l) △H2= + 226.3 kJ·mol-1
某实验小组模拟工业上合成尿素的条件,在一体积为0.5 m3 密闭容器中投入4 mol氨和1mol二氧化碳,实验测得反应中各组分的物质的量随时间的变化如下图所示:
①已知总反应的快慢由慢的一步决定,则合成尿素总反应的快慢由第_____ 步反应决定。
②反应进行到10 min时测得CO2的物质的量如上图所示,则用CO2表示的第一步反应的速率v(CO2)=___ mol/(L·min)。
③当反应在一定条件下达到平衡,若在恒温、恒容下再充入一定量气体He,则CO(NH2)2(l)的质量_________ (填增加、减小或不变)。
(二)氨是制备尿素的原料,NH3、N2H4等在工农业生产、航空航天等领域有广泛应用。
氨气溶于水得到氨水,在25℃下,将amol/L的氨水与bmol/L的硫酸以3∶2体积比混合反应后溶液呈中性。用含a和b的代数式表示出氨水的电离平衡常数为_________ 。
(三)氢气是合成氨的原料。氢能将是未来最理想的新能源。
(1)在25℃,101KPa条件下,1 g氢气完全燃烧生成液态水时放出142.9kJ热量,则表示氢气燃烧热的热化学方程式为__________________________________________ 。
(2)氢气通常用生产水煤气的方法制得。其中C(s)+ H2O(g)CO(g)+H2(g),在850℃时平衡常数K=1。若向1升的恒定密闭真空容器中同时加入x mol C和6.0mol H2O。
①当加热到850℃反应达到平衡的标志有______________ 。
②x应满足的条件是_________________ 。
(四)CO2是合成尿素的原料,但水泥厂生产时却排放出大量的CO2。华盛顿大学的研究人员研究出一种方法,可实现水泥生产时CO2零排放,其基本原理如图所示:
(1)上述生产过程的能量转化方式是______________________________________ 。
(2)上述电解反应在温度小于900℃时进行碳酸钙先分解为CaO和CO2,电解质为熔融碳酸钠,则阳极的电极反应式为________ ,阴极的电极反应式为_____________ 。
第一步:2NH3(l)+CO2(g)H2NCOONH4(氨基甲酸铵)(l) △H1= -330.0 kJ·mol-1
第二步:H2NCOONH4(l)H2O(l)+H2NCONH2(l) △H2= + 226.3 kJ·mol-1
某实验小组模拟工业上合成尿素的条件,在一体积为0.5 m3 密闭容器中投入4 mol氨和1mol二氧化碳,实验测得反应中各组分的物质的量随时间的变化如下图所示:
①已知总反应的快慢由慢的一步决定,则合成尿素总反应的快慢由第
②反应进行到10 min时测得CO2的物质的量如上图所示,则用CO2表示的第一步反应的速率v(CO2)=
③当反应在一定条件下达到平衡,若在恒温、恒容下再充入一定量气体He,则CO(NH2)2(l)的质量
(二)氨是制备尿素的原料,NH3、N2H4等在工农业生产、航空航天等领域有广泛应用。
氨气溶于水得到氨水,在25℃下,将amol/L的氨水与bmol/L的硫酸以3∶2体积比混合反应后溶液呈中性。用含a和b的代数式表示出氨水的电离平衡常数为
(三)氢气是合成氨的原料。氢能将是未来最理想的新能源。
(1)在25℃,101KPa条件下,1 g氢气完全燃烧生成液态水时放出142.9kJ热量,则表示氢气燃烧热的热化学方程式为
(2)氢气通常用生产水煤气的方法制得。其中C(s)+ H2O(g)CO(g)+H2(g),在850℃时平衡常数K=1。若向1升的恒定密闭真空容器中同时加入x mol C和6.0mol H2O。
①当加热到850℃反应达到平衡的标志有
A.容器内的压强不变 |
B.消耗水蒸气的物质的量与生成CO的物质的量相等 |
C.混合气的密度不变 |
D.单位时间有n个H-O键断裂的同时有n个H-H键断裂 |
②x应满足的条件是
(四)CO2是合成尿素的原料,但水泥厂生产时却排放出大量的CO2。华盛顿大学的研究人员研究出一种方法,可实现水泥生产时CO2零排放,其基本原理如图所示:
(1)上述生产过程的能量转化方式是
(2)上述电解反应在温度小于900℃时进行碳酸钙先分解为CaO和CO2,电解质为熔融碳酸钠,则阳极的电极反应式为
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解题方法
【推荐3】氨气是重要的基础化工品。
Ⅰ.工业上使用氨气生产尿素,在一个体积恒为1L的恒温密闭容器中充入2mol和4mol的混合气体,经历反应1、2合成,经历如下两个过程:
反应1;
反应2:
(1)能说明反应1达到平衡状态的是(暂不考虑反应2)_______ (填序号)。
①混合气体的压强不变
②混合气体的密度不变
③相同时间内断裂3mol N-H键,同时形成1mol
④混合气体的平均相对分子质量不变
⑤的体积分数不变
(2)混合气体中氨气体积分数及气体总浓度随时间变化如图所示,对于反应Ⅰ,A点正反应速率与B点逆反应速率大小关系是_______ (填“>”“<”或“=”),在B点氨气的转化率为_______ 。
Ⅱ.恒温恒容的密闭容器中,在某催化剂表面上发生 。测得在同种催化剂下分解的实验数据如下表所示:
(3)根据组①数据,随着反应进行,减小,平均反应速率_______ (填“变大”“变小”或“不变”),对该变化的合理解释是_______ 。
(4)在科学家推出合成氨反应在接近平衡时净反应速率方程式为:,,分别为正、逆反应速率常数,p代表各组分的分压,如,其中为平衡体系中B的体积分数,p为平衡总压强16MPa,以铁为催化剂时,一定条件下,向容器中充入5mol和15mol的混合气体,平衡时氨气的质量分数为40%,试计算_______ 。
Ⅰ.工业上使用氨气生产尿素,在一个体积恒为1L的恒温密闭容器中充入2mol和4mol的混合气体,经历反应1、2合成,经历如下两个过程:
反应1;
反应2:
(1)能说明反应1达到平衡状态的是(暂不考虑反应2)
①混合气体的压强不变
②混合气体的密度不变
③相同时间内断裂3mol N-H键,同时形成1mol
④混合气体的平均相对分子质量不变
⑤的体积分数不变
(2)混合气体中氨气体积分数及气体总浓度随时间变化如图所示,对于反应Ⅰ,A点正反应速率与B点逆反应速率大小关系是
Ⅱ.恒温恒容的密闭容器中,在某催化剂表面上发生 。测得在同种催化剂下分解的实验数据如下表所示:
编号 | 反应时间\min 表面积/cm2 | 0 | 20 | 40 | 60 | 80 |
① | a | 3.0 | 2.6 | 2.2 | 1.8 | 1.4 |
② | 2a | 3.0 | 2.2 | 1.4 | 1.0 | 1.0 |
(4)在科学家推出合成氨反应在接近平衡时净反应速率方程式为:,,分别为正、逆反应速率常数,p代表各组分的分压,如,其中为平衡体系中B的体积分数,p为平衡总压强16MPa,以铁为催化剂时,一定条件下,向容器中充入5mol和15mol的混合气体,平衡时氨气的质量分数为40%,试计算
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【推荐1】当前,实现碳中和已经成为全球的广泛共识,化学科学在此过程中发挥着至关重要的作用。
(1)已知煤的气化过程包含一系列化学反应,热化学方程式如下:
I.
Ⅱ.
Ⅲ.
则___________ 。
(2)一定温度下,若向一恒容密闭容器中通入和,发生反应IV: 。
①下列情况表明反应已达到平衡状态的是___________ (填标号)。
A.混合气体的密度保持不变 B.
C.混合气体的总压强保持不变 D.混合气体的平均摩尔质量保持不变
②已知,、表示各组分的分压(分压=总压×物质的量分数)。反应达到平衡时,,此时甲烷的转化率为80%。通过上述信息可知:___________ ;___________ kPa;该温度下的分压平衡常数___________ (列出计算式即可,用平衡分压代替平衡浓度计算)。
(3)在其他条件相同,不同催化剂(Cat1、Cat2)作用下,使原料和反应(该条件下发生的反应为反应Ⅳ),相同的时间,的产率随反应温度的变化如图。
①在催化剂Cat1、Cat2作用下,它们的正、逆反应活化能差值分别用(Cat1)和(Cat2)表示,则(Cat1)___________ (填“>”、“<”或“=”)(Cat2)。
②y点对应的___________ (填“>”“<”或“=”)z点对应的。
③在催化剂作用下,有利于提高CO平衡产率的条件是___________ 。(任写一个)
(1)已知煤的气化过程包含一系列化学反应,热化学方程式如下:
I.
Ⅱ.
Ⅲ.
则
(2)一定温度下,若向一恒容密闭容器中通入和,发生反应IV: 。
①下列情况表明反应已达到平衡状态的是
A.混合气体的密度保持不变 B.
C.混合气体的总压强保持不变 D.混合气体的平均摩尔质量保持不变
②已知,、表示各组分的分压(分压=总压×物质的量分数)。反应达到平衡时,,此时甲烷的转化率为80%。通过上述信息可知:
(3)在其他条件相同,不同催化剂(Cat1、Cat2)作用下,使原料和反应(该条件下发生的反应为反应Ⅳ),相同的时间,的产率随反应温度的变化如图。
①在催化剂Cat1、Cat2作用下,它们的正、逆反应活化能差值分别用(Cat1)和(Cat2)表示,则(Cat1)
②y点对应的
③在催化剂作用下,有利于提高CO平衡产率的条件是
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困难
(0.15)
解题方法
【推荐2】将CO、CO2转化为甲烷、甲醇、甲酸等有机物是实现“碳中和”重要途径。
Ⅰ.工业上利用H2与CO反应制甲烷,存在如下反应:
反应i:CO(g)+3H2(g)=CH4(g)+H2O(g) ∆H1=-206.2kJ/mol
反应ii:CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g) ∆H2=-41.2kJ/mol
反应iii:CO2(g)+4H2(g)=CH4(g)+2H2O(g) ∆H3
回答下列问题:
(1)∆H3=___________ kJ/mol。
(2)一定温度下,在固定容积的容器中通入H2、CO发生上述反应,平衡时CO和H2的转化率及CH4和CO2的产率随变化的情况如图所示,其中曲线b表示CO的转化率。①B点通过改变温度达到A点,则B点时的操作是___________ (填“升温”或“降温”)。
②图中表示H2转化率曲线是___________ (填标号)。
Ⅱ.用光电化学法将CO2还原为有机物实现碳资源的再生利用。电解装置和其他条件一定时,恒定通过电解池的电量,电解得到的部分还原产物的法拉第效率随电解电压的变化如下图所示。其中,(n表示电解生成还原产物X所转移电子的物质的量,F表示法拉第常数。
(3)电解时,阴极生成HCOOH的电极反应式为___________ 。通过电解制备HCHO应选择电压为___________ V(填U1或U2)。
(4)当电解电压为U2V时,电解生成的HCOOH和HCHO的物质的量之比为3:2.则生成HCOOH的法拉第效率m为___________ 。
Ⅲ.工业上用CO2和H2催化合成甲醇存在如下反应:
主反应:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ∆H<0
副反应:CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g) ∆H>0
(5)某温度下,在装有催化剂的密闭容器中投入1mol CO2和3mol H2,发生上述反应。达平衡时容器中CH3OH的物质的量为0.6mol,CO的物质的量为0.1mol。则此条件下副反应的平衡常数K=___________ 。(保留两位小数)
(6)已知CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g) ∆H<0,v正=k正·c(CO2)·c3(H2),v逆=k逆·c(CH3OH)·c(H2)(k正、k逆分别为正、逆向反应速率常数)。该反应的随温度变化的曲线如图所示,则___________ 表示随温度变化的曲线,理由是___________ 。
Ⅰ.工业上利用H2与CO反应制甲烷,存在如下反应:
反应i:CO(g)+3H2(g)=CH4(g)+H2O(g) ∆H1=-206.2kJ/mol
反应ii:CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g) ∆H2=-41.2kJ/mol
反应iii:CO2(g)+4H2(g)=CH4(g)+2H2O(g) ∆H3
回答下列问题:
(1)∆H3=
(2)一定温度下,在固定容积的容器中通入H2、CO发生上述反应,平衡时CO和H2的转化率及CH4和CO2的产率随变化的情况如图所示,其中曲线b表示CO的转化率。①B点通过改变温度达到A点,则B点时的操作是
②图中表示H2转化率曲线是
Ⅱ.用光电化学法将CO2还原为有机物实现碳资源的再生利用。电解装置和其他条件一定时,恒定通过电解池的电量,电解得到的部分还原产物的法拉第效率随电解电压的变化如下图所示。其中,(n表示电解生成还原产物X所转移电子的物质的量,F表示法拉第常数。
(3)电解时,阴极生成HCOOH的电极反应式为
(4)当电解电压为U2V时,电解生成的HCOOH和HCHO的物质的量之比为3:2.则生成HCOOH的法拉第效率m为
Ⅲ.工业上用CO2和H2催化合成甲醇存在如下反应:
主反应:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ∆H<0
副反应:CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g) ∆H>0
(5)某温度下,在装有催化剂的密闭容器中投入1mol CO2和3mol H2,发生上述反应。达平衡时容器中CH3OH的物质的量为0.6mol,CO的物质的量为0.1mol。则此条件下副反应的平衡常数K=
(6)已知CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g) ∆H<0,v正=k正·c(CO2)·c3(H2),v逆=k逆·c(CH3OH)·c(H2)(k正、k逆分别为正、逆向反应速率常数)。该反应的随温度变化的曲线如图所示,则
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【推荐3】法国化学家Paul Sabatier研究得出在催化剂作用下能够转化为甲烷,即反应I: 。回答下列问题:
(1)已知反应I的正反应活化能,则逆反应的活化能为___________ ;反应I能够自发进行的条件是___________ 。
(2)关于反应I及其相关说法正确的是___________ (填序号)。
①转化为可削弱温室效应
②使用催化剂,可增加单位时间内活化分子有效碰撞次数
③增大压强有利于提高的平衡转化率
④及时将液化分离,有利于提高正反应速率
(3)时,某刚性容器中充入、充分反应达到平衡,可能存在下图所示函数关系。
①某学生认为C图像一定错误,判断的依据是___________ 。
②上述图示中,还存在错误的是___________ (填字母)。
(4)在压强始终为时,原料气按置于容器中引发反应同时还会发生副反应:。测得平衡时各物质的物质的量分数随温度的变化如图所示:
①到之间,的物质的量分数随温度升高而增大的原因是___________ 。
②若实验测得反应的正反应速率为,逆反应速率为,为速率常数,升高温度时,的变化量较大的是___________ (填“”或“”)
③,混合气体中几乎检测不出,则该温度下平衡常数___________ (用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压物质的量分数,结果保留整数)。
(1)已知反应I的正反应活化能,则逆反应的活化能为
(2)关于反应I及其相关说法正确的是
①转化为可削弱温室效应
②使用催化剂,可增加单位时间内活化分子有效碰撞次数
③增大压强有利于提高的平衡转化率
④及时将液化分离,有利于提高正反应速率
(3)时,某刚性容器中充入、充分反应达到平衡,可能存在下图所示函数关系。
①某学生认为C图像一定错误,判断的依据是
②上述图示中,还存在错误的是
(4)在压强始终为时,原料气按置于容器中引发反应同时还会发生副反应:。测得平衡时各物质的物质的量分数随温度的变化如图所示:
①到之间,的物质的量分数随温度升高而增大的原因是
②若实验测得反应的正反应速率为,逆反应速率为,为速率常数,升高温度时,的变化量较大的是
③,混合气体中几乎检测不出,则该温度下平衡常数
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(0.15)
解题方法
【推荐1】水煤气法是工业制备氢气的重要方法之一。回答下列问题:
(1)镍基催化剂作用下,与重整制备水煤气的反应原理如下:
主反应: ;
副反应1: kJ·mol;
副反应2: kJ⋅mol。
___________ ;已知主反应分两步进行且第二步反应为。则第一步反应的化学方程式为___________ 。
(2)恒压密闭容器中,和按投料比为1∶3发生催化重整制备水煤气。测得不同温度下反应达到平衡时的转化率和的物质的量分数变化曲线如图所示。
①900℃前,升高温度,的转化率变化较大,的物质的量分数变化较小,试分析的物质的量分数变化较小的主要原因:___________ 。
②900℃达到平衡时,的转化率为_______ ,CO和物质的量之比为_______ 。
(3)煤与水蒸气在恒容密闭容器中反应,可制合成气。制备过程中的主要反应(Ⅰ)、(Ⅱ)的ₚ(为以分压表示的平衡常数)与温度T的关系如图所示。
①___________ (填“>”或“<”)0。
②在容积为1 L的密闭容器中充入1 mol CO、1 mol 只发生反应(Ⅱ),反应5 min到达图中a点,请计算0~5 min时间内,___________ 。
(1)镍基催化剂作用下,与重整制备水煤气的反应原理如下:
主反应: ;
副反应1: kJ·mol;
副反应2: kJ⋅mol。
(2)恒压密闭容器中,和按投料比为1∶3发生催化重整制备水煤气。测得不同温度下反应达到平衡时的转化率和的物质的量分数变化曲线如图所示。
①900℃前,升高温度,的转化率变化较大,的物质的量分数变化较小,试分析的物质的量分数变化较小的主要原因:
②900℃达到平衡时,的转化率为
(3)煤与水蒸气在恒容密闭容器中反应,可制合成气。制备过程中的主要反应(Ⅰ)、(Ⅱ)的ₚ(为以分压表示的平衡常数)与温度T的关系如图所示。
①
②在容积为1 L的密闭容器中充入1 mol CO、1 mol 只发生反应(Ⅱ),反应5 min到达图中a点,请计算0~5 min时间内,
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(0.15)
解题方法
【推荐2】回答下列问题
(1)一定温度下,在密闭容器中充入1molN2和3molH2发生反应:N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g) ΔH<0。若容器容积恒定,达到平衡状态时,气体的总物质的量是原来的,则N2的转化率a1=_______ ;
(2)对于反应2NO(g)+O2(g)⇌2NO2(g)。在其他条件相同时,分别测得NO的平衡转化率在不同压强(P1、P2)下温度变化的曲线(如图)。
①比较P1、P2的大小关系:P1_______ P2(填“>”、“<”或“=”)。
②该反应的平衡常数K的表达式为_______ ,随温度升高,该反应平衡常数变化的趋势是_______ 。(填“增大”、“减小”或“不变”)。
③下列措施中能够同时满足增大反应速率和提高NO转化率的是_______ 。(填写相应字母)
A.使用高效催化剂
B.保持容器体积不变加入惰性气体
C.保持容器体积不变加入O2
D.降低温度
E.压缩容器体积
(3)已知同温同压下,下列反应的焓变和平衡常数分别表示为
①2SO2(g)+O2(g)⇌2SO3(g) ΔH1=-197kJ·mol-1 K1=a
②2NO(g)+O2(g)⇌2NO2(g) ΔH2=-144kJ·mol-1 K2=b
③NO2(g)+SO2(g)⇌SO3(g)+NO(g) ΔH3=mkJ·mol-1 K3=c
则m的数值为_______ ,c与a、b之间的关系为_______ 。
(4)目前工业上有一种方法是用CO2生产燃料甲醇。一定条件下发生反应:CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g)。在体积为2L的密闭容器中,充入1molCO2和3molH2,在相同温度、容积不变的条件下,能说明该反应已达平衡状态的是_______ (填序号)。
A.CO2、H2、CH3OH、H2O的浓度均不再变化
B.v生成(CH3OH)=v消耗(CO2)
C.n(CO2)∶n(H2)∶n(CH3OH)∶n(H2O)=1∶1∶1∶1
D.容器中混合气体的密度保持不变
E.H2的消耗速率与CH3OH的消耗速率之比为3∶1
(1)一定温度下,在密闭容器中充入1molN2和3molH2发生反应:N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g) ΔH<0。若容器容积恒定,达到平衡状态时,气体的总物质的量是原来的,则N2的转化率a1=
(2)对于反应2NO(g)+O2(g)⇌2NO2(g)。在其他条件相同时,分别测得NO的平衡转化率在不同压强(P1、P2)下温度变化的曲线(如图)。
①比较P1、P2的大小关系:P1
②该反应的平衡常数K的表达式为
③下列措施中能够同时满足增大反应速率和提高NO转化率的是
A.使用高效催化剂
B.保持容器体积不变加入惰性气体
C.保持容器体积不变加入O2
D.降低温度
E.压缩容器体积
(3)已知同温同压下,下列反应的焓变和平衡常数分别表示为
①2SO2(g)+O2(g)⇌2SO3(g) ΔH1=-197kJ·mol-1 K1=a
②2NO(g)+O2(g)⇌2NO2(g) ΔH2=-144kJ·mol-1 K2=b
③NO2(g)+SO2(g)⇌SO3(g)+NO(g) ΔH3=mkJ·mol-1 K3=c
则m的数值为
(4)目前工业上有一种方法是用CO2生产燃料甲醇。一定条件下发生反应:CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g)。在体积为2L的密闭容器中,充入1molCO2和3molH2,在相同温度、容积不变的条件下,能说明该反应已达平衡状态的是
A.CO2、H2、CH3OH、H2O的浓度均不再变化
B.v生成(CH3OH)=v消耗(CO2)
C.n(CO2)∶n(H2)∶n(CH3OH)∶n(H2O)=1∶1∶1∶1
D.容器中混合气体的密度保持不变
E.H2的消耗速率与CH3OH的消耗速率之比为3∶1
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(0.15)
解题方法
【推荐3】液氨是一种良好的储氢物质。
已知:① 2NH3(g) N2 (g) + 3H2(g) ΔH =+92.4 kJ·mol-1
② 液氨中2NH3(l) NH2- + NH4+
(1)氨气自发分解的反应条件是________ (填“低温”或“高温”)。
(2)图1为某温度下等质量的不同金属分别催化等浓度氨气分解生成氢气的初始速率。反应的活化能最大 的是__________ (填催化剂的化学式)。
(3)其他条件相同,反应①在不同催化剂作用下反应相同时间后,氨气的转化率随反应温度的变化如图2所示。
①a点所代表的状态________ (填“是”或“不是”)平衡状态。
②c点氨气的转化率高于b点,原因是___________________________________________ 。
③请在图2中再添加一条Ni催化分解氨气过程的总趋势曲线。____________
④假设Ru催化下,温度为750℃时,氨气的初始浓度为c0,平衡转化率为40%,则该温度下此反应的 平衡常数K =_________________ 。
(4)用Pt电极对液氨进行电解也可产生H2和N2。阴极的电极反应式是____________________ 。
已知:① 2NH3(g) N2 (g) + 3H2(g) ΔH =+92.4 kJ·mol-1
② 液氨中2NH3(l) NH2- + NH4+
(1)氨气自发分解的反应条件是
(2)图1为某温度下等质量的不同金属分别催化等浓度氨气分解生成氢气的初始速率。反应的活化能最大 的是
(3)其他条件相同,反应①在不同催化剂作用下反应相同时间后,氨气的转化率随反应温度的变化如图2所示。
①a点所代表的状态
②c点氨气的转化率高于b点,原因是
③请在图2中再添加一条Ni催化分解氨气过程的总趋势曲线。
④假设Ru催化下,温度为750℃时,氨气的初始浓度为c0,平衡转化率为40%,则该温度下此反应的 平衡常数K =
(4)用Pt电极对液氨进行电解也可产生H2和N2。阴极的电极反应式是
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