“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)二氧化碳与氢气合成CH3OCH3时,通常控制温度为 500℃左右,其可能的原因为_____(填字母)。
(2)在 1L 恒温密闭容器中充入4molCO2和6molH2 ,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 c(H2O)=3mol/L。
①0~20min 内v(CO)=________ 。
②反应Ⅱ的化学平衡常数Kp=________ 。
③平衡时 CH3OCH3的选择性=________ 。()
(3)在密闭容器中通入1 nolCO2和3molH2,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, CO2的平衡转化率减小,请解释原因:___________ 。
反应Ⅰ:
反应Ⅱ:
回答下列问题:
(1)二氧化碳与氢气合成CH3OCH3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 |
(2)在 1L 恒温密闭容器中充入4molCO2和6molH2 ,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 c(H2O)=3mol/L。
①0~20min 内v(CO)=
②反应Ⅱ的化学平衡常数Kp=
③平衡时 CH3OCH3的选择性=
(3)在密闭容器中通入1 nolCO2和3molH2,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, CO2的平衡转化率减小,请解释原因:
更新时间:2024-01-11 16:28:25
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【推荐1】采用N2O5为硝化剂是一种新型的绿色硝化技术,在含能材料、医药等工业中得到广泛应用。回答下列问题
(1)1840年 Devil用干燥的氯气通过干燥的硝酸银,得到N2O5。该反应的氧化产物是一种气体,其分子式为___________ 。
(2)F. Daniels等曾利用测压法在刚性反应器中研究了25℃时N2O5(g)分解反应:
其中NO2二聚为N2O4的反应可以迅速达到平衡。体系的总压强p随时间t的变化如下表所示(t=∞时,N2O5(g)完全分解):
①已知:2N2O5(g)=2N2O4(g)+O2(g) ΔH1=−4.4 kJ·mol−1 ,
2NO2(g)=N2O4(g) ΔH 2=−55.3 kJ·mol−1,则反应N2O5(g)=2NO2(g)+1/2O2(g)的ΔH =______ kJ·mol−1。
②研究表明,N2O5(g)分解的反应速率v=2×10-3×P(N2O5)(KPa/min)。t=62 min时,测得体系中P(O2)=2.9 kPa,则此时的P(N2O5)=________ kPa,v=_______ kPa·min−1。
③若提高反应温度至35℃,则N2O5(g)完全分解后体系压强p∞(35℃)____ 63.1 kPa(填“大于”“等于”或“小于”)。
④25℃时N2O4(g)⇌2NO2(g)反应的平衡常数Kp=_______ kPa(Kp为以分压表示的平衡常数,计算结果保留1位小数)。
(3)对于反应2N2O5(g)→4NO2(g)+O2(g),R.A.Ogg提出如下反应历程:
第一步 N2O5⇌NO2+NO3快速平衡
第二步 NO2+NO3→NO+NO2+O2慢反应
第三步 NO+NO3→2NO2快反应
其中可近似认为第二步反应不影响第一步的平衡。下列表述正确的是_______ (填标号)。
A.v(第一步的逆反应)>v(第二步反应) B.反应的中间产物只有NO3
C.第二步中NO2与NO3的碰撞仅部分有效 D.第三步反应活化能较高
(1)1840年 Devil用干燥的氯气通过干燥的硝酸银,得到N2O5。该反应的氧化产物是一种气体,其分子式为
(2)F. Daniels等曾利用测压法在刚性反应器中研究了25℃时N2O5(g)分解反应:
其中NO2二聚为N2O4的反应可以迅速达到平衡。体系的总压强p随时间t的变化如下表所示(t=∞时,N2O5(g)完全分解):
t/min | 0 | 40 | 80 | 160 | 260 | 1300 | 1700 | ∞ |
p/kPa | 35.8 | 40.3 | 42.5. | 45.9 | 49.2 | 61.2 | 62.3 | 63.1 |
2NO2(g)=N2O4(g) ΔH 2=−55.3 kJ·mol−1,则反应N2O5(g)=2NO2(g)+1/2O2(g)的ΔH =
②研究表明,N2O5(g)分解的反应速率v=2×10-3×P(N2O5)(KPa/min)。t=62 min时,测得体系中P(O2)=2.9 kPa,则此时的P(N2O5)=
③若提高反应温度至35℃,则N2O5(g)完全分解后体系压强p∞(35℃)
④25℃时N2O4(g)⇌2NO2(g)反应的平衡常数Kp=
(3)对于反应2N2O5(g)→4NO2(g)+O2(g),R.A.Ogg提出如下反应历程:
第一步 N2O5⇌NO2+NO3快速平衡
第二步 NO2+NO3→NO+NO2+O2慢反应
第三步 NO+NO3→2NO2快反应
其中可近似认为第二步反应不影响第一步的平衡。下列表述正确的是
A.v(第一步的逆反应)>v(第二步反应) B.反应的中间产物只有NO3
C.第二步中NO2与NO3的碰撞仅部分有效 D.第三步反应活化能较高
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【推荐2】是危害最为严重的大气污染物之一,的含量是衡量大气污染的一个重要指标。工业上常采用催化还原法或吸收法处理。催化还原不仅可以消除污染,而且可得到有价值的单质S。
(1)用还原生成S的反应分两步完成,如图甲所示,该过程中相关物质的物质的量浓度随时间的变化关系如图乙所示:
①分析可知X为_______ (写化学式),时间段用表示的化学反应速率为_______ 。
②总反应的化学方程式为_______ 。
(2)焦炭催化还原生成的化学方程式为:,恒容容器中,与足量的焦炭反应,的转化率随温度的变化如图丙(700℃已达最大转化率)所示。
①该反应700℃的平衡常数为_______ 。
②反应的_______ 0(填“>”或“<”)。
(3)以铅蓄电池为电源可将转化为乙烯,其原理如图丁所示,电解所用电极材料均为惰性电极。阴极上的电极反应式为_______ ;每生成0.5mol乙烯,理论上需消耗铅蓄电池中_______ mol单质Pb。
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①分析可知X为
②总反应的化学方程式为
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②反应的
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(0.4)
解题方法
【推荐3】将CO2转化为高附加值的化学品或液体燃料是CO2资源化利用的有效方法,其中转换为甲醇是最可能的利用路径,主要涉及反应如下(其他副反应忽略不计):
反应Ⅰ:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1
反应Ⅱ:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH2
请回答下列问题:
(1)已知H2的燃烧热ΔH=akJ·mol−1和CO的燃烧热ΔH=bkJ·mol−1,水的汽化热(1molH2O从液体汽化为气体所需要吸收的热量)为ckJ·mol−1,则ΔH2=___________ (用含a、b、c的代数式表示)。
(2)若在恒温恒压条件下进行上述反应,下列说法正确的是___________。
(3)以n(CO2)=1mol、n(H2)=3mol为初始量,进行上述反应,CO2的平衡转化率(X-CO2)、CH3OH的选择性(S-CH3OH)随温度、压强变化如图所示:
已知:
①ΔH1___________ ΔH2(填“>”“<”或“=”),原因是___________ 。
②p1___________ p2(填“>”“<”或“=”)。
③在温度为T,压强为p1(单位为kPa)时,经10min反应达到平衡。
(i)H2的平衡转化率为___________ ;
(ii)反应Ⅱ的压强平衡常数Kp=___________ (列出数字运算表达式即可);
(iii)计算0~10min之间,CO2分压的平均变化速率为___________ kPa·min-1(用含p1的代数式表示)。
反应Ⅰ:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1
反应Ⅱ:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH2
请回答下列问题:
(1)已知H2的燃烧热ΔH=akJ·mol−1和CO的燃烧热ΔH=bkJ·mol−1,水的汽化热(1molH2O从液体汽化为气体所需要吸收的热量)为ckJ·mol−1,则ΔH2=
(2)若在恒温恒压条件下进行上述反应,下列说法正确的是___________。
A.起始压强越大,平衡时的值越大 |
B.反应达到平衡时,v正(CO2)>v逆(CH3OH) |
C.当n(CO):n(H2O)不变时,反应Ⅰ、Ⅱ均处于平衡状态 |
D.向平衡体系中充入少量惰性气体,甲醇平衡产率不变 |
已知:
①ΔH1
②p1
③在温度为T,压强为p1(单位为kPa)时,经10min反应达到平衡。
(i)H2的平衡转化率为
(ii)反应Ⅱ的压强平衡常数Kp=
(iii)计算0~10min之间,CO2分压的平均变化速率为
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解答题-工业流程题
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(0.4)
【推荐1】钒和五氧化二钒在工业中应用广泛,某工厂从钒渣(主要成分有 V2O3、FeO,还含有少量 CuO、Al2O3 等)中回收金属,工艺流程如图:
已知:①KspCu(OH)2=1.0×10-21,KspFe(OH)3=4.0×10-38 ,KspFe(OH)2=8.0×10-16
②NH4VO3 难溶于水,(VO2)2SO4 易溶于水。
(1)制取纯净的 Al2O3 需要经过“一系列操作”为过滤、___ 、___ 。
(2)滤渣 1 在“煅烧”过程中,主要成分 V2O3 转化为可溶性 NaVO3,写出其反应的化学方程式______ 。
(3)加入稀硫酸后,酸浸液中 VO与 VO能大量共存的原因是______ (用离子方程式解释)。
(4)常温下调节酸浸液的 pH=___ ,即可以完全除去铁、铜两种元素对应的离子; 实际 pH 值要调整到 8,其目的是______ 。
(5)请写出煅烧滤渣 3 时,发生反应的化学方程式________ 。
已知:①KspCu(OH)2=1.0×10-21,KspFe(OH)3=4.0×10-38 ,KspFe(OH)2=8.0×10-16
②NH4VO3 难溶于水,(VO2)2SO4 易溶于水。
(1)制取纯净的 Al2O3 需要经过“一系列操作”为过滤、
(2)滤渣 1 在“煅烧”过程中,主要成分 V2O3 转化为可溶性 NaVO3,写出其反应的化学方程式
(3)加入稀硫酸后,酸浸液中 VO与 VO能大量共存的原因是
(4)常温下调节酸浸液的 pH=
(5)请写出煅烧滤渣 3 时,发生反应的化学方程式
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解答题-原理综合题
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(0.4)
【推荐2】甲醇的合成是现代化工领域研究的重点。合成甲醇时,合成气成分主要包括CO、CO2、H2、H2O等净化气体和CH4、N2、Ar等惰性气体以及H2S等有害气体。这些气体成分将对甲醇产品质量以及产量造成不同程度的影响。合成过程中的部分反应如下:
(i)CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g) ∆H1=-90.1 kJ·mol-1
(ii)CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g) ∆H2=-41.1 kJ·mol-1
(iii)CO(g)+3H2(g)=CH4(g)+H2O(g) ∆H3=-206 kJ·mol-1
(iv)2CH3OH(g)=CH3OCH3(g)+H2O(g) ∆H4=-24.5 kJ·mol-1
(1)反应CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g)的∆H5=_______ 。该反应的化学平衡常数表达式为_______ 。
下列关于CO2在合成甲醇反应中的主要作用描述,错误的是_______ 。
A.可以抑制反应(iv)的发生 B.可以提高碳元素的利用率
C.可以提高甲醇蒸气的纯度 D.有利于合成塔冷却降温过程的进行
(2)寻找合适的催化剂,一直是甲醇合成研究领域的重点。Saussey和Lavalley认为ZnO催化CO、H2合成CH3OH的机理如图所示。这种理论解释了合成气中少量的水提高了甲醇生成活性的事实,其理由为_______ 。Cu作催化剂合成甲醇时,杂质气体会发生反应H2S+Cu=CuS+H2,因为该反应是_______ (填“可逆”或“不可逆”)的,所以会导致催化剂永久性中毒。
(3)2020年我国科学家在甲醇合成方面,进行了大量有价值的研究。
①某研究报告中指出,由于甲烷的生成,导致合成塔内温度极难控制,使合成成本增加,其原因为_______ 。
②提高合成塔内反应温度,合成反应速率虽然会增大,但其平衡常数会_______ (填“增大”或“减小”),故不同阶段会有不同的最佳温度。从理论上讲,反应初期和随着塔内甲醇浓度上升(中后期),合成塔内的最佳温度应有何不同:_______ 。实际生产中,在气压值为5.0 MPa,用铜催化剂进行催化时,随着反应进行合成塔内的最佳温度范围控制如图所示,这主要是为了保证催化剂有较高的_______ 。该合成粗甲醇的实际情况下,CO、CO2、H2三种气体的氢碳比值(气体的体积比)f应控制在5左右。已知f=(H2-CO2)/(CO+CO2),CO的体积分数应在12%以下,CO2的体积分数应在3%左右,则H2的体积分数应控制在_______ 左右。
(i)CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g) ∆H1=-90.1 kJ·mol-1
(ii)CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g) ∆H2=-41.1 kJ·mol-1
(iii)CO(g)+3H2(g)=CH4(g)+H2O(g) ∆H3=-206 kJ·mol-1
(iv)2CH3OH(g)=CH3OCH3(g)+H2O(g) ∆H4=-24.5 kJ·mol-1
(1)反应CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g)的∆H5=
下列关于CO2在合成甲醇反应中的主要作用描述,错误的是
A.可以抑制反应(iv)的发生 B.可以提高碳元素的利用率
C.可以提高甲醇蒸气的纯度 D.有利于合成塔冷却降温过程的进行
(2)寻找合适的催化剂,一直是甲醇合成研究领域的重点。Saussey和Lavalley认为ZnO催化CO、H2合成CH3OH的机理如图所示。这种理论解释了合成气中少量的水提高了甲醇生成活性的事实,其理由为
(3)2020年我国科学家在甲醇合成方面,进行了大量有价值的研究。
①某研究报告中指出,由于甲烷的生成,导致合成塔内温度极难控制,使合成成本增加,其原因为
②提高合成塔内反应温度,合成反应速率虽然会增大,但其平衡常数会
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(0.4)
解题方法
【推荐3】在100℃时,将0.40 mol二氧化氮气体充入一个1 L抽空的密闭容器中,发生反应:2NO2N2O4。每隔一段时间就对该容器内的物质进行分析,得到下表数据:
(1)在上述条件下,从反应开始至20 s时,用NO2表示的平均反应速率为_____________ 。
(2)该反应的平衡常数K的数值为___________ (精确到0.1)。
(3)若在相同条件下最初向该容器中充入N2O4,要达到上述平衡状态,N2O4的起始浓度是______ mol·L−1。
(4)上述(3)达到平衡后N2O4的转化率为_______ ,混合气体的平均摩尔质量为____________ 。
(5)达到平衡后,如果升高温度,气体颜色会变深,则升高温度后,反应2NO2N2O4的平衡常数将________ (填“增大”“减小”或“不变”)。
(6)达到平衡后,如果向该密闭容器中再充入0.32 mol He,并把容器体积扩大为4 L,则平衡将_____ (填“向左移动”“向右移动”或“不移动”)。
时间/s | 0 | 20 | 40 | 60 | 80 |
n(NO2)/mol | 0.40 | n1 | 0.26 | n3 | n4 |
n(N2O4)/mol | 0.00 | 0.05 | n2 | 0.08 | 0.08 |
(1)在上述条件下,从反应开始至20 s时,用NO2表示的平均反应速率为
(2)该反应的平衡常数K的数值为
(3)若在相同条件下最初向该容器中充入N2O4,要达到上述平衡状态,N2O4的起始浓度是
(4)上述(3)达到平衡后N2O4的转化率为
(5)达到平衡后,如果升高温度,气体颜色会变深,则升高温度后,反应2NO2N2O4的平衡常数将
(6)达到平衡后,如果向该密闭容器中再充入0.32 mol He,并把容器体积扩大为4 L,则平衡将
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(0.4)
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解题方法
【推荐1】研究氮氧化物反应的特征及机理,对处理该类化合物的污染问题具有重要意义。回答下列问题:
(1)氮的氧化物与悬浮在大气中的海盐粒子相互作用时,涉及如下反应:
Ⅰ.
Ⅱ.
①反应:只有在低温时自发进行,则该反应的活化能:(正)___________ (逆)(填“>”或“<”),。的数值范围是___________ (填序号)。
A.<-1 B.-1~0 C.0~1 D.>1
②为研究上述反应体系的平衡关系,恒温条件下,向盛有足量NaCl(s)的恒容密闭容器中加入0.2mol、0.2molNO和0.1mol,初始压强为,只发生反应Ⅰ、Ⅱ,达到平衡时测得体系的压强减少20%,的平衡转化率为20%,则平衡反应时___________ mol,Ⅱ的压强平衡常数___________ (为以分压表示的平衡常数,气体分压=气体总压×体积分数)。
(2)CO还原氮氧化物的反应如下:。
①该反应分别在不同温度、不同催化剂下,保持其他初始条件不变,重复实验,在相同时间内测得NO转化率与温度的关系如图甲所示。
在催化剂作用下,图中M点___________ (填“达到了”或“未达到”)平衡状态。温度高于400℃,NO转化率降低的原因可能是___________ 。
②实验测得(是速率常数,只与温度有关)。如图乙所示①②③④四条斜线中,能表示随温度变化的是___________ (填序号)升高温度,___________ (填“增大”“减小”或“不变”)图中点的纵坐标分别为,则温度T1时化学平衡常数___________ L/mol。
③同温同压下,再向该容器中注入稀有气体氦气,该反应的化学平衡将___________ (填“正向移动”“逆向移动”或“不移动”)。
(1)氮的氧化物与悬浮在大气中的海盐粒子相互作用时,涉及如下反应:
Ⅰ.
Ⅱ.
①反应:只有在低温时自发进行,则该反应的活化能:(正)
A.<-1 B.-1~0 C.0~1 D.>1
②为研究上述反应体系的平衡关系,恒温条件下,向盛有足量NaCl(s)的恒容密闭容器中加入0.2mol、0.2molNO和0.1mol,初始压强为,只发生反应Ⅰ、Ⅱ,达到平衡时测得体系的压强减少20%,的平衡转化率为20%,则平衡反应时
(2)CO还原氮氧化物的反应如下:。
①该反应分别在不同温度、不同催化剂下,保持其他初始条件不变,重复实验,在相同时间内测得NO转化率与温度的关系如图甲所示。
在催化剂作用下,图中M点
②实验测得(是速率常数,只与温度有关)。如图乙所示①②③④四条斜线中,能表示随温度变化的是
③同温同压下,再向该容器中注入稀有气体氦气,该反应的化学平衡将
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【推荐2】处理、回收CO是环境科学家研究的热点课题。
(1)CO用于处理犬气污染物N2O所发生的反应为:N2O(g)+CO(g)CO2(g)+N2(g)ΔH,几种物质的相对能量如下:
①ΔH=______ kJ·mol-1;改变下列“量”,一定会引起ΔH发生变化的是____ 填代号)
A.反应物浓度B.催化剂C.化学计量数
②有人提出上述反应可以用Fe作催化剂。其总反应分两步进行:第一步:Fe+N2O=FeO+N2,第二步:______ (写化学方程式)。第二步反应不影响总反应达到平衡所用时间,由此推知,第二步反应活化能____ 第一步反应活化能(填“大于”、“小于”或等于”)。
(2)在实验室,采用I2O5测定空气中CO的含量。在密闭容器中充入足量的I2O5粉末和一定量的CO,发生反应:I2O5(g)+5CO(g)5CO2(g)+I2(s)。测得CO的转化率如图1所示。
①相对曲线a,曲线b仅改变一个条件,改变的条件可能是______ 。
②在此温度下,该可逆反应的平衡常数K=_____ (用含x的代数式表示)。
(3)工业上,用CO和H2合成CH3OH。在1L恒容密闭容器中充入1 mol CO(g)和n mol H2,在250℃发生反应:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g),测得混合气体中CH3OH的体积分数与H2的物质的量的关系如图2所示。在a、b、c、d点中,CO的平衡转化率最大的点是___ 。
(4)CO-空气碱性燃料电池(用KOH作电解质),当恰好完全生成KHCO3时停止放电。写出此时负极的电极反应式:______ 。
(1)CO用于处理犬气污染物N2O所发生的反应为:N2O(g)+CO(g)CO2(g)+N2(g)ΔH,几种物质的相对能量如下:
物质 | N2O(g) | CO(g) | CO2(g) | N2(g) |
相对能量kJ·mol-1 | 475.5 | 283 | 0 | 393.5 |
①ΔH=
A.反应物浓度B.催化剂C.化学计量数
②有人提出上述反应可以用Fe作催化剂。其总反应分两步进行:第一步:Fe+N2O=FeO+N2,第二步:
(2)在实验室,采用I2O5测定空气中CO的含量。在密闭容器中充入足量的I2O5粉末和一定量的CO,发生反应:I2O5(g)+5CO(g)5CO2(g)+I2(s)。测得CO的转化率如图1所示。
①相对曲线a,曲线b仅改变一个条件,改变的条件可能是
②在此温度下,该可逆反应的平衡常数K=
(3)工业上,用CO和H2合成CH3OH。在1L恒容密闭容器中充入1 mol CO(g)和n mol H2,在250℃发生反应:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g),测得混合气体中CH3OH的体积分数与H2的物质的量的关系如图2所示。在a、b、c、d点中,CO的平衡转化率最大的点是
(4)CO-空气碱性燃料电池(用KOH作电解质),当恰好完全生成KHCO3时停止放电。写出此时负极的电极反应式:
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解答题-原理综合题
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(0.4)
解题方法
【推荐3】甲醇是重要的化工原料,多种含碳化合物均可通过一定条件转化成甲醇。
(1)下表所列数据是反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)在不同温度下的化学平衡常数(K)。
此反应自发进行的条件是______ 。(填“高温”、“低温”或“任意温度”)
(2)科研人员结合实验和计算机模拟结果,研究了甲醇在钯(Pd)催化剂表面的解离反应:CH3OH(g)CO(g)+2H2(g) △H,部分反应历程如图所示。其中吸附在催化剂表面的物种用“*”标注,TS表示过渡态。下列说法不正确的是______ 。
(3)利用CO、CO2和H2在催化剂作用下可以合成甲醇,涉及的反应如下:
反应i:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H1
反应ii:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) △H2=+41.6kJ•mol-1
反应iii:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H3=-49.9kJ•mol-1
一定压强下,向某密闭容器中按一定比例通入CO、CO2和H2,发生反应i、ii、iii。反应达到平衡时,测得含碳气体各组分占所有含碳气体的物质的量分数随温度变化曲线如图所示。
①△H1=______ kJ•mol-1。
②c代表______ 的物质的量分数随温度的变化(填“CO”,“CO2”或“CH3OH”)。
③根据反应i和反应ii,结合平衡移动原理,解释体系中物质a的物质的量分数受温度影响不大的原因是______ 。
(4)在一定温度下,体积不变的密闭容器中,假设只发生反应ii和反应iii,且反应iii的活化能比反应ii的活化能小,请在图中画出c(CH3OH)随时间(t)的变化曲线______ 。
(1)下表所列数据是反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)在不同温度下的化学平衡常数(K)。
温度/℃ | 250 | 300 | 350 |
平衡常数(K) | 2.04 | 0.27 | 0.012 |
(2)科研人员结合实验和计算机模拟结果,研究了甲醇在钯(Pd)催化剂表面的解离反应:CH3OH(g)CO(g)+2H2(g) △H,部分反应历程如图所示。其中吸附在催化剂表面的物种用“*”标注,TS表示过渡态。下列说法不正确的是
A.CH3OH*CO*+4H* △H<0 |
B.上述历程中正反应的最大能垒(活化能)Ea=100kJ•mol-1 |
C.上述历程中碳原子价态未发生变化 |
D.过渡态的相对能量就是该过程断键所需的能量 |
反应i:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H1
反应ii:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) △H2=+41.6kJ•mol-1
反应iii:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H3=-49.9kJ•mol-1
一定压强下,向某密闭容器中按一定比例通入CO、CO2和H2,发生反应i、ii、iii。反应达到平衡时,测得含碳气体各组分占所有含碳气体的物质的量分数随温度变化曲线如图所示。
①△H1=
②c代表
③根据反应i和反应ii,结合平衡移动原理,解释体系中物质a的物质的量分数受温度影响不大的原因是
(4)在一定温度下,体积不变的密闭容器中,假设只发生反应ii和反应iii,且反应iii的活化能比反应ii的活化能小,请在图中画出c(CH3OH)随时间(t)的变化曲线
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解答题-原理综合题
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较难
(0.4)
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解题方法
【推荐1】(共14分)天然气开采过程中产生大量的含硫废水(硫元素的主要存在形式为),需要回收处理并加以利用,有关反应如下:
ⅰ.
ⅱ.
ⅲ.
回答下列问题:
(1)热分解反应的______ (用含的式子表示);若起始加入气体在刚性容器(体积不会改变)中发生该分解反应,下列说法不能 说明该反应已达平衡的是______ (填序号)
A.与的物质的量之比保持2∶1不变
B.容器中混合气体平均摩尔质量保持不变
C.保持不变
D.容器中压强保持不变
(2)总压恒定为,向密闭容器中充入、,发生反应ⅰ和反应ⅱ,反应过程中S2等含硫物质的分布分数随时间变化如图所示。
①表示分布分数的曲线为______ (填“甲”“乙”或“丙”)。
②时测得转化率为,此时体系中的物质的量为______ ;用分压表示的平均反应速率为______ (用含的式子表示,列出计算式即可)。
(3)也可采用氧化法对进行处理,过程中发生反应的方程式(均未配平)为:
ⅰ.
ⅱ.
ⅲ.
实验测得,在时,的投加量对平衡体系中部分微粒浓度的影响如图所示。
①时,反应ⅲ的平衡常数______ 。
②结合三个反应分析,当投加量高于时,单位体积内的质量减小的原因为:______ 。
ⅰ.
ⅱ.
ⅲ.
回答下列问题:
(1)热分解反应的
A.与的物质的量之比保持2∶1不变
B.容器中混合气体平均摩尔质量保持不变
C.保持不变
D.容器中压强保持不变
(2)总压恒定为,向密闭容器中充入、,发生反应ⅰ和反应ⅱ,反应过程中S2等含硫物质的分布分数随时间变化如图所示。
①表示分布分数的曲线为
②时测得转化率为,此时体系中的物质的量为
(3)也可采用氧化法对进行处理,过程中发生反应的方程式(均未配平)为:
ⅰ.
ⅱ.
ⅲ.
实验测得,在时,的投加量对平衡体系中部分微粒浓度的影响如图所示。
①时,反应ⅲ的平衡常数
②结合三个反应分析,当投加量高于时,单位体积内的质量减小的原因为:
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【推荐2】氨氧化法是工业制硝酸的常见方法。
第一步:合成氨。
(1)传统方法:在恒温恒容的密闭容器中,进行如下化学反应: ,对该反应的条件进行探究,下列实验措施与结论正确对应的是___________(填字母)。
(2)铁基循环制氨:如图1所示,工作时,使用熔融的电解质通过两步循环实现氨的合成,该工艺合成氨的化学方程式为___________ 。
(3)电解法在常温常压下实现合成氨:工作时,电极生成的微观示意图如图2所示,其中电解液为溶有三氟甲硝酸锂和乙醇的惰性有机溶剂。电极上生成的电极反应式为___________ 。
第二步:氮氧化物的制备。
(4)氨催化氧化生成后,氧化生成的总反应为 ,可分两步进行,其反应过程中的能量变化示意图如图所示:
Ⅰ.
Ⅱ.
①决定氧化反应速率的步骤是___________ (填“Ⅰ”或“Ⅱ”)。
②在恒容密闭容器中充入一定量的和,保持其他条件不变,控制反应温度分别为和,测得随时间变化的曲线如图,转化相同量的,在温度___________ (填“”或“”)下消耗的时间较长,试结合反应过程及能量图(如图)分析其原因:___________ 。
(5)已知:,将一定物质的量的充入某恒容密闭容器中,测得不同温度下和的平衡体积分数如图所示:
①代表的曲线是___________ (填“a”或“b”)。
②假设平衡时体系的总压为,则点温度下的平衡常数___________ (用含的表达式表示),的平衡转化率___________ (保留3位有效数字)。
第三步:硝酸的制备。
(6)已知: ,则___________ 。
第一步:合成氨。
(1)传统方法:在恒温恒容的密闭容器中,进行如下化学反应: ,对该反应的条件进行探究,下列实验措施与结论正确对应的是___________(填字母)。
A.通过更换不同种类的催化剂,可以调节平衡时原料的转化率 |
B.反应装置保持在相对较低的温度下,将有利于该反应的自发进行 |
C.在反应过程中任意时刻移除部分产物,都可以使反应正向进行,但该反应的平衡常数保持不变 |
D.当检测到装置内的保持不变时,不一定能说明反应已经达到平衡状态 |
(2)铁基循环制氨:如图1所示,工作时,使用熔融的电解质通过两步循环实现氨的合成,该工艺合成氨的化学方程式为
(3)电解法在常温常压下实现合成氨:工作时,电极生成的微观示意图如图2所示,其中电解液为溶有三氟甲硝酸锂和乙醇的惰性有机溶剂。电极上生成的电极反应式为
第二步:氮氧化物的制备。
(4)氨催化氧化生成后,氧化生成的总反应为 ,可分两步进行,其反应过程中的能量变化示意图如图所示:
Ⅰ.
Ⅱ.
①决定氧化反应速率的步骤是
②在恒容密闭容器中充入一定量的和,保持其他条件不变,控制反应温度分别为和,测得随时间变化的曲线如图,转化相同量的,在温度
(5)已知:,将一定物质的量的充入某恒容密闭容器中,测得不同温度下和的平衡体积分数如图所示:
①代表的曲线是
②假设平衡时体系的总压为,则点温度下的平衡常数
第三步:硝酸的制备。
(6)已知: ,则
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【推荐3】在光照或加热条件下,“甲烷一氯气”法得到一氯甲烷是按自由基机理进行的,即CH4(g)+Cl2(g)CH3Cl(g)+HCl(g)ΔH.该反应涉及两个基元步骤①②,其相对能量—反应进程图如下所示:
(1)已知H3C-H键能为4.56eV,H-Cl键能为4.46eV,1eV相当于96.5kJ·mol-1。则步骤①的焓变ΔH1=___________ kJ/mol;一氯取代反应总焓变ΔH=___________ (用ΔH1、ΔH2表示)。
(2)不考虑其他副反应,下列可增大甲烷的平衡转化率的措施有___________ (填字母序号)。
a.恒容充入甲烷 b.设法使CH3Cl液化
c.适当降低温度 d.用更强的光照射反应混合物。
(3)450℃时,tmin内甲烷与Cl2发生取代反应,共消耗amol甲烷得到各种产物如下:
则生成乙烷的平均速率v(CH3CH3)=___________ mol·min-1。
(4)温度为T1时,步骤①的v正=1.7×108c(Cl·)·c(CH4),v逆=6.8×1010c(CH3·)·c(HCl),T1时步骤①的平衡常数K=___________ ;T2时,步骤①达平衡时存在物质的量关系:n(Cl·)=450n(·CH3),分压关系:2p(HCl)=3p(CH4),由此判断温度T1___________ T2(填“>”或“<”),判断理由是___________ 。
(1)已知H3C-H键能为4.56eV,H-Cl键能为4.46eV,1eV相当于96.5kJ·mol-1。则步骤①的焓变ΔH1=
(2)不考虑其他副反应,下列可增大甲烷的平衡转化率的措施有
a.恒容充入甲烷 b.设法使CH3Cl液化
c.适当降低温度 d.用更强的光照射反应混合物。
(3)450℃时,tmin内甲烷与Cl2发生取代反应,共消耗amol甲烷得到各种产物如下:
产物 | CH3Cl | CH2Cl2 | CHCl3 | CCl4 | CH3CH3 |
反应选择性= | 87% | 7% | 4% | 1% | 1% |
(4)温度为T1时,步骤①的v正=1.7×108c(Cl·)·c(CH4),v逆=6.8×1010c(CH3·)·c(HCl),T1时步骤①的平衡常数K=
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