由
与
制备甲醇是当今研究的热点之一,也是我国科学家2021年发布的由
人工合成淀粉(节选途径见下图)中的重要反应之一,
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/editorImg/2024/3/13/b126f327-e71c-46c5-ab93-10bb1dbef069.png?resizew=379)
已知:
反应②:![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/ec6d2d154a67a5a2666a0a48e47df944.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/84a379d05fc33b94d267c081efff2403.png)
反应③:![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/3087d77dd298448f9d4f1f12e8370df4.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/1fb74f2a857456feacfe282944d032cc.png)
(1)反应①的热化学方程式为___________ ;若过程Ⅱ中O得到4mol电子,则理论上可生成___________ molHCHO。
(2)反应①在有、无催化剂条件下的反应历程如下图所示,其中吸附在催化剂表面上的物种用*标注,TS为过渡态。
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/editorImg/2024/3/13/0c20fa31-c345-427d-9626-638c00a384c5.png?resizew=507)
该反应历程中决速步骤的化学方程式为,催化剂使该步骤的活化能降低___________ eV。
(3)某研究小组采用上述催化剂,向密闭容器中通入3mol
和1mol
,只发生反应①和反应②,在不同条件下达到平衡,在T=300℃下甲醇的体积分数
(CHOH)随压强p的变化、在p-600kPa下
(CHOH)随温度T的变化,如下图所示。
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/editorImg/2024/3/13/69832dcd-7776-4bfd-ac8a-f698cfc3317c.png?resizew=249)
①X点对应的温度和压强为___________ ℃,___________ kPa。
②M点
的分压为___________ kPa,此时容器中
为
,CO为
,反应的压强平衡常数![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/ca65c0484987270649fb84e1ac60282d.png)
___________
(压强平衡常数K是以分压代替浓度表示的平衡常数,分压=总压×物质的量分数)。
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/a4298cb837170c021b9f2cd4e674a6a3.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/7644a7769a5fa1bdab46cc0b2dee2861.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/a4298cb837170c021b9f2cd4e674a6a3.png)
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/editorImg/2024/3/13/b126f327-e71c-46c5-ab93-10bb1dbef069.png?resizew=379)
已知:
反应②:
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/ec6d2d154a67a5a2666a0a48e47df944.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/84a379d05fc33b94d267c081efff2403.png)
反应③:
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/3087d77dd298448f9d4f1f12e8370df4.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/1fb74f2a857456feacfe282944d032cc.png)
(1)反应①的热化学方程式为
(2)反应①在有、无催化剂条件下的反应历程如下图所示,其中吸附在催化剂表面上的物种用*标注,TS为过渡态。
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/editorImg/2024/3/13/0c20fa31-c345-427d-9626-638c00a384c5.png?resizew=507)
该反应历程中决速步骤的化学方程式为,催化剂使该步骤的活化能降低
(3)某研究小组采用上述催化剂,向密闭容器中通入3mol
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/7644a7769a5fa1bdab46cc0b2dee2861.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/a4298cb837170c021b9f2cd4e674a6a3.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/96d12e7c6df1963f7716eeb7100772f4.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/96d12e7c6df1963f7716eeb7100772f4.png)
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/editorImg/2024/3/13/69832dcd-7776-4bfd-ac8a-f698cfc3317c.png?resizew=249)
①X点对应的温度和压强为
②M点
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/50a5c6d26e9821c59de16c928dcb79f0.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/a4298cb837170c021b9f2cd4e674a6a3.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/0a7711620c6bbe9f2ad20d9b78b0f24f.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/0a7711620c6bbe9f2ad20d9b78b0f24f.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/ca65c0484987270649fb84e1ac60282d.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/ac88ce026b1357722d8f682465f889b0.png)
更新时间:2024-03-13 16:10:53
|
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解答题-原理综合题
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适中
(0.65)
解题方法
【推荐1】工业燃烧煤、石油等化石燃料释放出大量氮氧化物(NOx)、CO2、SO2等气体,严重污染空气。对废气进行脱硝、脱碳和脱硫处理可实现绿色环保、废物利用。
I. 脱硝: 已知:H2的燃烧热为
;
; ![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/78c73f148d732f276584e6c482ca5788.png)
(1)催化剂存在下,H2还原NO2生成水蒸气和其他无毒物质的热化学方程式为_______ 。
II.脱碳:
(2)向2L密闭容器中加入
和
,在适当的催化剂作用下,发生反应:CO2(g)+3H2(g)
CH3OH(1)+H2O(l) △H<0
①该反应自发进行的条件是_______ (填“低温”“高温”或“任意温度”)。
②下列叙述能说明此反应达到平衡状态的是_______ (填字母)。
a.混合气体的平均相对分子质量保持不变 b.
和H2的体积分数保持不变
c.
和H2的转化率相等 d.混合气体的密度保持不变
e.
生成的同时有
键断裂
③
的浓度随时间(
)变化如图所示,在t2时将容器容积缩小一倍,t3时达到平衡,t4时降低温度,t5时达到平衡,请画出
时间段
浓度随时间的变化。_______
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/editorImg/2022/11/1/008cf182-d4ab-4add-a8be-50623569fc6b.png?resizew=340)
(3)改变温度,使反应CO2(g)+3H2(g)
CH3OH(g)+H2O(g) △H<0中的所有物质都为气态。起始温度、体积相同(T1℃、2L密闭容器)。反应过程中部分数据见下表:
①达到平衡时,反应I、II对比:平衡常数K(I)_______ K(II)(填“>”“<”或“=”,下同);平衡时
的浓度c(I)_______ c(II)。
②对反应I,前10min内的平均反应速率
=_______ ;在其他条件不变的情况下,若30min时只向容器中再充入
和
,则平衡__ (填“正向”“逆向”或“不”)移动。
I. 脱硝: 已知:H2的燃烧热为
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/bcb2c44a09e2427373d7af6337383a67.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/51087f2690050e8e0479bdfad62c21cd.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/78c73f148d732f276584e6c482ca5788.png)
(1)催化剂存在下,H2还原NO2生成水蒸气和其他无毒物质的热化学方程式为
II.脱碳:
(2)向2L密闭容器中加入
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/c5f6195c3aac965aaa6b0036e27dbed7.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/d963bc9c1c16c1dbd2a9b1c0e2226960.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/70c7001e4209ea982546a57c33837377.png)
①该反应自发进行的条件是
②下列叙述能说明此反应达到平衡状态的是
a.混合气体的平均相对分子质量保持不变 b.
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/b7e654446d9bc028539811519726cd0f.png)
c.
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/b7e654446d9bc028539811519726cd0f.png)
e.
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/228e78a431b384d775f0e4c4e54f4c76.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/dbd6a9d61b69c9a330b8472404d3f4eb.png)
③
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/b7e654446d9bc028539811519726cd0f.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/1ea1c83a7bfc5618b2cd9d47c27d3f19.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/cb424855378f4f032a1974a9b54e86ea.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/b7e654446d9bc028539811519726cd0f.png)
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/editorImg/2022/11/1/008cf182-d4ab-4add-a8be-50623569fc6b.png?resizew=340)
(3)改变温度,使反应CO2(g)+3H2(g)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/70c7001e4209ea982546a57c33837377.png)
反应时间(min) | ![]() | ![]() | ![]() | ![]() | |
反应I:恒温恒容 | 0 | 2 | 6 | 0 | 0 |
10 | 4.5 | ||||
20 | 1 | ||||
30 | 1 | ||||
反应II:绝热恒容 | 0 | 0 | 0 | 2 | 2 |
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/089a29871d0444dde6511bb6012eefba.png)
②对反应I,前10min内的平均反应速率
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/8ba61f0ca0b1d49bd700b8bc31751fbe.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/2e764fbbdaa616a9013d24ed17c9c0b9.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/c1661aeac29330b52cb96f389bf14e5f.png)
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【推荐2】用C3H8和CO2脱氢制备丙烯已成为制备丙烯的重要方法之一、相关反应为:
反应Ⅰ:
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/412618b02105dce0d7ecedbb2f801fa4.png)
反应Ⅱ:
△H2
已知:①CO和H2的标准燃烧热分别为-283.0 kJ/mol和-285.8 kJ/mol;
②
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/e0bf05dc1ab662d374ff53b46c69c91b.png)
(1)计算△H2=___ ![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/a4b2a6bc4b5ef80a57a78c144749392c.png)
(2)维持体系总压强恒定为0.1 MPa,加入1 mol C3H8(g)时体积为50 L,再加入8.4 mol水蒸气作为稀释剂,测得丙烷平衡转化率与温度关系如图所示。已知:水烃比是指投料中水蒸气和丙烷的物质的量之比。
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/editorImg/2022/7/19/68aa7eee-2be7-4d12-8cb9-e9ac8df13d02.png?resizew=253)
①计算800 K下反应I的平衡常数Kp=____ MPa。(用气体分压计算平衡常数为Kp,气体分压
气体总压×气体的物质的量分数)。
②0.1 MPa下,在图中画出水烃比为10时的曲线____ 。
③若其它条件不变,将8.4 mol的水蒸气改为8.4 mol的CO2,则丙烷的平衡转化率将大大增加,请解释原因____ 。
(3)化学家研究催化剂
催化丙烷脱氢机理如下图所示:下列说法正确的是______ 。
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/editorImg/2022/7/20/04872c75-ea36-4956-88db-ac4d036999a3.png?resizew=435)
A.由图可知Pt4催化大致经过阶段I(吸附)、反应Ⅱ(断裂第1个C-H键)、反应Ⅲ(断裂第2个C-H键)
B.反应Ⅱ活化能最大,是Pt4催化丙烷的决速阶段
C.1 mol C3H8(g)在Pt4(s)催化下反应生成
时,放出的热量为![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/7e58700ff3e2dd8054518af26f95538d.png)
D.若该催化反应在绝热容器中按照先发生I,后发生Ⅱ,再发生Ⅲ,则完成反应Ⅱ后,不需要再加热就能发生反应Ⅲ
(4)恒温、体积可变的密闭容器中投入丙烷只发生反应I,某压强下反应一定时间测量丙烷的转化率。然后保持其它初始实验条件不变,分别在不同压强下,重复上述实验,经过相同时间测得丙烷的转化率随压强变化趋势图可能是_______ 。
A.
B.
C.
D.
反应Ⅰ:
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/d6448ed17f161a84edb326f74cd5048b.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/412618b02105dce0d7ecedbb2f801fa4.png)
反应Ⅱ:
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/8cca83d924478123e72e2462018b986d.png)
已知:①CO和H2的标准燃烧热分别为-283.0 kJ/mol和-285.8 kJ/mol;
②
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/8a2f06c3c9a61917804c684bd418976e.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/e0bf05dc1ab662d374ff53b46c69c91b.png)
(1)计算△H2=
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/a4b2a6bc4b5ef80a57a78c144749392c.png)
(2)维持体系总压强恒定为0.1 MPa,加入1 mol C3H8(g)时体积为50 L,再加入8.4 mol水蒸气作为稀释剂,测得丙烷平衡转化率与温度关系如图所示。已知:水烃比是指投料中水蒸气和丙烷的物质的量之比。
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/editorImg/2022/7/19/68aa7eee-2be7-4d12-8cb9-e9ac8df13d02.png?resizew=253)
①计算800 K下反应I的平衡常数Kp=
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/7081ac76e5ac1e22e848eec143578f1c.png)
②0.1 MPa下,在图中画出水烃比为10时的曲线
③若其它条件不变,将8.4 mol的水蒸气改为8.4 mol的CO2,则丙烷的平衡转化率将大大增加,请解释原因
(3)化学家研究催化剂
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/e7178e47dbe34d7169680161a8c5037a.png)
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/editorImg/2022/7/20/04872c75-ea36-4956-88db-ac4d036999a3.png?resizew=435)
A.由图可知Pt4催化大致经过阶段I(吸附)、反应Ⅱ(断裂第1个C-H键)、反应Ⅲ(断裂第2个C-H键)
B.反应Ⅱ活化能最大,是Pt4催化丙烷的决速阶段
C.1 mol C3H8(g)在Pt4(s)催化下反应生成
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/3844c583d9ce5200f89d13ed3463d08a.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/7e58700ff3e2dd8054518af26f95538d.png)
D.若该催化反应在绝热容器中按照先发生I,后发生Ⅱ,再发生Ⅲ,则完成反应Ⅱ后,不需要再加热就能发生反应Ⅲ
(4)恒温、体积可变的密闭容器中投入丙烷只发生反应I,某压强下反应一定时间测量丙烷的转化率。然后保持其它初始实验条件不变,分别在不同压强下,重复上述实验,经过相同时间测得丙烷的转化率随压强变化趋势图可能是
A.
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/editorImg/2022/7/19/57be043d-9bcd-4cfe-be63-981ee3dbae97.png?resizew=111)
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/editorImg/2022/7/19/66868cf7-c97f-420e-9f18-d3c4507d054b.png?resizew=113)
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/editorImg/2022/7/19/a50ccaad-aaa2-4028-969a-671425c2ed1f.png?resizew=108)
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/editorImg/2022/7/19/da0bab0d-f7df-4b4e-9a76-ae50a9063dbe.png?resizew=108)
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解答题-原理综合题
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适中
(0.65)
解题方法
【推荐3】工业上将石灰石和含硫煤混合使用,称之为“固硫”,其反应原理:
。
已知:
;
。
回答下列问题:
(1)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/a9bd5ee2be851888a2f9a34eb2ed75e4.png)
_______
(用含x、y、z的式子表示)。
(2)
℃时,向某恒容密闭容器中通入一定量的
和足量CaO发生反应:
,
的浓度随时间变化如下图所示:
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/editorImg/2022/7/24/8c3228e6-11bb-4ec1-be62-1d8291d4409f.png?resizew=190)
则0~8min,用
表示该反应速率为![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/e8e517f1801beb2833bf13d82f5e3be9.png)
_______ 。
(3)
℃时,向2L的恒容密闭容器中通入
和
发生反应:
,达平衡时
的体积分数为40%,则
的转化率为_______ ,
℃时该反应的平衡常数![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/09b51ee6fe038c30ffb16019af67a9fe.png)
_______ 。
(4)已知:常温下,亚硫酸(
)在水中的电离平衡常数
,
。用离子方程式解释亚硫酸钠溶液呈碱性的原因:_______ ,通过计算得出亚硫酸根第一步水解的平衡常数![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/8970754cc88ae93b3df4f1f3c9e48f90.png)
_______ 。
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/53945393572b09e6328770c5f822c9f1.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/33690c8dbcf2e75d2068f1ce2fa7e4a0.png)
已知:
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/f052a99a5279eed4e1dc729b988b1ca9.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/d5a8b0442f5bb9bb5206c19a0c932a34.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/79e4b26fc7887fc15621281f1e78ae51.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/d85a857cf8e0f1f7dcb546eece39b8d4.png)
回答下列问题:
(1)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/89e2a0ca69488f6d3a5585e212708b93.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/a9bd5ee2be851888a2f9a34eb2ed75e4.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/a4b2a6bc4b5ef80a57a78c144749392c.png)
(2)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/4e9a724b59c890095baa5cb73e267c44.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/a4298cb837170c021b9f2cd4e674a6a3.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/f052a99a5279eed4e1dc729b988b1ca9.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/a4298cb837170c021b9f2cd4e674a6a3.png)
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/editorImg/2022/7/24/8c3228e6-11bb-4ec1-be62-1d8291d4409f.png?resizew=190)
则0~8min,用
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/a4298cb837170c021b9f2cd4e674a6a3.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/e8e517f1801beb2833bf13d82f5e3be9.png)
(3)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/9275bd8ce17fcc4a786510b008414ab0.png)
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(4)已知:常温下,亚硫酸(
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【推荐1】2020年中国向世界宣布2030年前实现碳达峰,2060年前实现碳中和。转化和吸收CO2的研究成为更加迫切的任务。
(1)天津大学某研究所研究了CO2催化加H2合成低碳烯烃的反应。
①已知H2和C2H4两种气体的燃烧热△H分别为-285.8kJ·mol-1和-1411.0kJ∙mol-1。则反应2CO2(g)+6H2(g)=C2H4(g)+4H2O(l) △H=_______ kJ∙mol-1。已知在等温、等压条件下的封闭体系中,自由能(△G)与体系的焓变和熵变的定量关系为△G=△H-T△S,当△G<0时,反应可以自发进行。由此可知,上述反应能够自发进行的条件是_______ (填“较高温度”或“较低温度”)。
②CO2催化加H2还可能生成其它含碳化合物。研究发现,Fe、Co固体双催化剂的成分对相同时间内CO2转化率和产物选择性有重要作用,部分研究数据如下表所示。下列说法中错误的是_______ 。
A.实验1的化学方程式为3Fe+4CO2=Fe3O4+4CO
B.该制备最好选用金属Co作催化剂
C.从化合价角度看反应中CH4应比C2H4优先产生
D.n(Fe):n(Co)对该制备过程影响很大
(2)某课题组研究了不同催化剂对反应3H2+CO2=CH3OH+H2O的影响。
①下图是某铜基催化剂催化该反应的反应历程。图中的0.58、1.23等是对应反应的能垒(活化能)。则反应3H2(g)+CO2(g)CH3OH(g)+H2O(g)的焓变_______ 0(填“>”或“<”)。反应过程中H2(g)=2H*共发生了_______ 次。生成H2COO*那一步的化学方程式为_______ ,该反应与H2COOH*=H2CO*+OH*相比,在同一条件更_______ (填“难”或“易”)进行。
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/2022/5/3/2971307899248640/2971521638686720/STEM/9cf9d29e-152a-4d05-97a8-e15b76650df4.png?resizew=706)
②向恒压(3.0MPa)密闭装置中通入反应物混合气(CO2和H2物质的量比1:2)。测得甲醇时空收率与反应起始温度的关系曲线如图所示。已知甲醇的时空收率表示单位时间、单位物质的量催化剂表面甲醇的平均生成速率。由此可知,合成CH3OH的最佳条件是_______ 。CO2加H2制甲醇的速率方程可表示为v=k·pm(CO2)·pn(H2),其中k为速率常数,各物质起始分压的指数为各物质的反应级数。实验结果表明,速率常数与反应级数均受反应温度的影响。使用Ni5Ga3催化剂时,169℃和223℃起始条件下,CO2反应级数m223°C/m169°C=2,H2反应级数n223°C/n169°C=1.则速率常数之比k223°C/k169°C=_______ 。
(1)天津大学某研究所研究了CO2催化加H2合成低碳烯烃的反应。
①已知H2和C2H4两种气体的燃烧热△H分别为-285.8kJ·mol-1和-1411.0kJ∙mol-1。则反应2CO2(g)+6H2(g)=C2H4(g)+4H2O(l) △H=
②CO2催化加H2还可能生成其它含碳化合物。研究发现,Fe、Co固体双催化剂的成分对相同时间内CO2转化率和产物选择性有重要作用,部分研究数据如下表所示。下列说法中错误的是
实验编号 | n(Fe):n(Co) | CO2转化率/% | CO选择性/% | CH4选择性/% | C2H4选择性/% | 反应后固体的成分 |
1 | 100:0 | 1.1 | 100 | 0 | 0 | Fe和少量Fe3O4 |
2 | 50:50 | 30.5 | 36.8 | 42.9 | 20.3 | Fe和Co |
3 | 0:100 | 69.2 | 2.7 | 97.1 | 0.2 | Co |
B.该制备最好选用金属Co作催化剂
C.从化合价角度看反应中CH4应比C2H4优先产生
D.n(Fe):n(Co)对该制备过程影响很大
(2)某课题组研究了不同催化剂对反应3H2+CO2=CH3OH+H2O的影响。
①下图是某铜基催化剂催化该反应的反应历程。图中的0.58、1.23等是对应反应的能垒(活化能)。则反应3H2(g)+CO2(g)CH3OH(g)+H2O(g)的焓变
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/2022/5/3/2971307899248640/2971521638686720/STEM/9cf9d29e-152a-4d05-97a8-e15b76650df4.png?resizew=706)
②向恒压(3.0MPa)密闭装置中通入反应物混合气(CO2和H2物质的量比1:2)。测得甲醇时空收率与反应起始温度的关系曲线如图所示。已知甲醇的时空收率表示单位时间、单位物质的量催化剂表面甲醇的平均生成速率。由此可知,合成CH3OH的最佳条件是
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/2022/5/3/2971307899248640/2971521638686720/STEM/c7f47dba-ba1f-4ee5-b4c5-cf85d72c8999.png?resizew=393)
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适中
(0.65)
【推荐2】合成气(CO和H2)是一种重要的化工原料气,可以合成甲酸甲酯、二甲醚等化工产品,合成气的制备具有重要的研究价值。回答下列问题:
I.催化分解法
(1)催化剂作用下,用甲醇制备合成气的反应为CH3OH(g)=CO(g)+2H2(g) ΔH>0,理论上欲提高甲醇的平衡转化率,适宜采用的措施是_______(填标号)。
(2)科研发现,在钯催化剂作用下,甲醇制备合成气的反应历程如图所示(吸附在钯催化剂表面上的物种用*标注)。
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/2022/4/17/2959996796674048/2960136625848320/STEM/a303f550-5eec-40cb-986e-147a8edbb144.jpg?resizew=661)
该历程中,最大能垒(活化能)为_______ kJ·mol-1,放热最多步骤的化学方程式为_______ 。
II.自热重整法
甲烷、二氧化碳自热重整制合成气发生的反应主要有:
i.CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g) ΔH1
ii.H2(g)+CO2(g)=CO(g)+H2O(g) ΔH2=+41kJ·mol-1
(3)已知部分化学键的键能数据如下表:
则ΔH1=_______ kJ·mol-1。
(4)将1molCH4与1molCO2在2L密闭容器中反应制取CO和H2时,CH4和CO2的平衡转化率随温度的变化如图所示。
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/2022/4/17/2959996796674048/2960136625848320/STEM/79f82c9d-0265-4356-8435-39ca80b77e4a.jpg?resizew=270)
①代表CO2平衡转化率随温度变化的曲线是_______ (填“A”或“B”)。
②计算923K时反应i的化学平衡常数K=_______ (计算结果保留小数点后2位)。
③1200K以上CH4和CO2的平衡转化率趋于相等的原因可能是_______ 。
III.电解转化法
(5)我国科学家设计了一种电解装置,能将二氧化碳转化为合成气,同时获得甘油醛,装置如图所示。
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/2022/4/17/2959996796674048/2960136625848320/STEM/f9102b39-0c40-45ef-9b4e-75c997700744.jpg?resizew=530)
①催化电极a应与电源_______ (填“正”或“负”)极相连。
②催化电极b生成合成气的电极反应式为_______ 。
I.催化分解法
(1)催化剂作用下,用甲醇制备合成气的反应为CH3OH(g)=CO(g)+2H2(g) ΔH>0,理论上欲提高甲醇的平衡转化率,适宜采用的措施是_______(填标号)。
A.高温高压 | B.低温高压 | C.高温低压 | D.低温低压 |
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/2022/4/17/2959996796674048/2960136625848320/STEM/a303f550-5eec-40cb-986e-147a8edbb144.jpg?resizew=661)
该历程中,最大能垒(活化能)为
II.自热重整法
甲烷、二氧化碳自热重整制合成气发生的反应主要有:
i.CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g) ΔH1
ii.H2(g)+CO2(g)=CO(g)+H2O(g) ΔH2=+41kJ·mol-1
(3)已知部分化学键的键能数据如下表:
化学键 | C-H | H-H | C=O | C=O(CO) |
键能/kJ·mol-1 | 413 | 436 | 803 | 1076 |
则ΔH1=
(4)将1molCH4与1molCO2在2L密闭容器中反应制取CO和H2时,CH4和CO2的平衡转化率随温度的变化如图所示。
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/2022/4/17/2959996796674048/2960136625848320/STEM/79f82c9d-0265-4356-8435-39ca80b77e4a.jpg?resizew=270)
①代表CO2平衡转化率随温度变化的曲线是
②计算923K时反应i的化学平衡常数K=
③1200K以上CH4和CO2的平衡转化率趋于相等的原因可能是
III.电解转化法
(5)我国科学家设计了一种电解装置,能将二氧化碳转化为合成气,同时获得甘油醛,装置如图所示。
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/2022/4/17/2959996796674048/2960136625848320/STEM/f9102b39-0c40-45ef-9b4e-75c997700744.jpg?resizew=530)
①催化电极a应与电源
②催化电极b生成合成气的电极反应式为
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适中
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名校
【推荐3】“绿水青山就是金山银山”,运用化学反应原理研究碳、氮、硫的单质及其化合物的反应对缓解环境污染、能源危机具有重要意义。
(1)CO 还原 NO 的反应为 2CO(g)+ 2NO(g)
2CO2 (g)+ N2 (g) ∆H= -746kJ•mol-1,部分化学键的键能数据如下表(CO 以 C≡O 键构成):
①由以上数据可求得 NO 的键能为___________ kJ·mol-1。
②写出两条有利于提高 NO 平衡转化率的措施___________ 。
(2)研究
之间的转化具有重要意义,下图能表示
之间转化历程。
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/editorImg/2024/1/6/b918de2c-c926-4102-84e9-8372b604d2bf.png?resizew=279)
①写出图中所表示的总反应的热化学方程式___________ 。(用含a、b或c的代数式表示反应热
)
②上述总反应的决速步骤的活化能是________ (填写
或
)。
(3)
与
在高温下发生反应:
。在610K时,将0.1mol
与0.3mol
充入2.5L的空钢瓶中(体积不变),经过10min,反应达到平衡,反应平衡时水蒸气的物质的量分数为0.125。
①能判断该反应达到化学平衡状态的依据是___________ 。
A.容器中压强不变 B.容器中
的物质的量分数不变
C.
D.容器中混合气体的密度不变
②反应平衡常数K的值为___________ ,
的平衡转化率α=_______ 。
③要增大该反应的平衡常数K,可采取的措施是___________ 。
(1)CO 还原 NO 的反应为 2CO(g)+ 2NO(g)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/de4ac184aef047428370bf877105fa50.png)
化学键 | C≡O | N≡N | C=O |
E/(kJ·mol-1) | 1076 | 945 | 745 |
②写出两条有利于提高 NO 平衡转化率的措施
(2)研究
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/e37be070c3ec0fb1d85fdcbe7b1e96aa.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/e37be070c3ec0fb1d85fdcbe7b1e96aa.png)
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/editorImg/2024/1/6/b918de2c-c926-4102-84e9-8372b604d2bf.png?resizew=279)
①写出图中所表示的总反应的热化学方程式
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/22e1324e1e9318481b6e7264c8595804.png)
②上述总反应的决速步骤的活化能是
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/684b39ef72bd0fea0f008fa586bc051a.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/5685006a5d749fab62e7dc3681606e48.png)
(3)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/7c0afdbb1b1be2d624217f907abfd630.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/e71c86dcd9a9e9b09bbbb65b9d313435.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/ea5dcd05a74985b4eb011d3d51d98bb7.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/92e03cd2a5f897021c9bb0009dd4963d.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/7c0afdbb1b1be2d624217f907abfd630.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/e71c86dcd9a9e9b09bbbb65b9d313435.png)
①能判断该反应达到化学平衡状态的依据是
A.容器中压强不变 B.容器中
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/e71c86dcd9a9e9b09bbbb65b9d313435.png)
C.
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/79ba8be8d7b77a6c3158584559cc7ed0.png)
②反应平衡常数K的值为
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/7c0afdbb1b1be2d624217f907abfd630.png)
③要增大该反应的平衡常数K,可采取的措施是
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【推荐1】煤炭燃烧时产生大量SO2、NO对环境造成很大污染,将煤进行气化和液化是减少污染的有效手段。
(1)煤的液化是现代能源工业中重点推广的能源综合利用方案,最常见的液化方法为用煤生产CH3OH。已知制备甲醇的有关化学反应及平衡常数如下:
i:CO2(g)+3H2(g)
CH3OH(g)+H2O(g) △H1
ii:CO2(g)+H2(g)
CO(g)+H2O(g) △H2=41.2kJ/mol
iii:CO(g)+2H2(g)
CH3OH(g) △H3=-132.0kJ/mol
850℃时,三个反应的平衡常数分别为K1=160、K2=243、K3=160。
①△H1=_______ ,该反应在_______ (填“高温”或“低温”)能自发进行。
②850℃时,在密闭容器中进行反应i,开始时只加入CO2、H2,反应10min后测得各组分的浓度如表。比较正、逆反应的速率的大小:v正_______ v逆(填“>”“<”或“=”)。
(2)在CO2利用的科研中,中科院天津工业生物所将H2与CO2反应合成甲醇,再由甲醇经若干酶促反应合成淀粉,首次在实验室实现二氧化碳到淀粉的从头合成。该研究成果在碳中和、碳排放、温室效应、粮食危机等方面有着重大意义。回答下列问题:
保持温度T不变,在一刚性密闭容器中,充入一定量的CO2和H2,同时发生反应i和ii,起始及达平衡时,容器内各气体的物质的量如表所示。
已知起始时总压强为1.5pkPa,平衡时体系总压强为pkPa,则表中n1=_______ ,反应i的平衡常数Kp=_______ 。(含p的式子表示)
(1)煤的液化是现代能源工业中重点推广的能源综合利用方案,最常见的液化方法为用煤生产CH3OH。已知制备甲醇的有关化学反应及平衡常数如下:
i:CO2(g)+3H2(g)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/e98feedde5546db26eb490641ba3a817.png)
ii:CO2(g)+H2(g)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/e98feedde5546db26eb490641ba3a817.png)
iii:CO(g)+2H2(g)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/e98feedde5546db26eb490641ba3a817.png)
850℃时,三个反应的平衡常数分别为K1=160、K2=243、K3=160。
①△H1=
②850℃时,在密闭容器中进行反应i,开始时只加入CO2、H2,反应10min后测得各组分的浓度如表。比较正、逆反应的速率的大小:v正
物质 | H2 | CO2 | CH3OH | H2O |
浓度/mol/L | 0.2 | 0.5 | 0.8 | 0.8 |
保持温度T不变,在一刚性密闭容器中,充入一定量的CO2和H2,同时发生反应i和ii,起始及达平衡时,容器内各气体的物质的量如表所示。
CO2 | H2 | CH3OH | CO | H2O | |
起始量/mol | 4.0 | 8.0 | 0 | 0 | 0 |
平衡量/mol | n1 | 3.0 |
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【推荐2】碳化学为人类发展做出巨大的贡献的同时也给环境带来了重大的危害。
(1)目前,“低碳经济”备受关注,CO2的转化和利用是一个热门的研究课题。已知:
。在两个密闭容器中分别投入
和
直接合成碳酸二甲酯
,一定条件下,反应达到平衡时CO2的转化率如图1所示,则:
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/2021/12/13/2871611310710784/2871803671912448/STEM/6accf31a3bc64a4a9a2304982325ca63.png?resizew=150)
①△H___________ 0(填“>”、“<”或“=”,下同),p1___________ p2。
②A点对应容器体积为2 L,A点的平衡常数K=___________
。
③下列能说明此反应已达到平衡状态的是___________ (填标号)。
A.![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/511c6cec8810dc37e4f7a98e8195d6cc.png)
B.CH3OCOOCH3与H2O的物质的量之比保持不变
C.恒压条件下,混合气体的密度保持不变
D.碳酸二甲酯的物质的量分数保持不变
(2)CO2经催化加氢可以生成低碳烃,主要有以下两个竞争反应:
反应Ⅰ:
反应Ⅱ:![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/6551f340a24c9692280d020f3045d40a.png)
为分析催化剂对反应的选择性,在密闭容器中充入1 molCO2和3 molH2,测得有关物质的物质的量随温度变化如图2所示。该催化剂在较高温度时主要选择___________ (填“反应Ⅰ”或“反应Ⅱ”)。520℃时,反应达到平衡时气体压强为0.3 MPa,则反应Ⅰ的平衡常数Kp=___________
。(Kp为用分压表示的平衡常数,分压=总压×物质的量分数)
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/2021/12/13/2871611310710784/2871803671912448/STEM/7dd574bd906b4d15bc1dc10ca1c15cc7.png?resizew=146)
(3)有机电化学有条件温和,对环境友好,产品纯净等优点,其越来越受到人们的重视,一种以乙烯为原料一步合成乙醛的电化学装置如图3所示:
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/2021/12/13/2871611310710784/2871803671912448/STEM/ade7b9bdc7584c4793243f01e4e41855.png?resizew=266)
该装置负极上的电极反应式为___________ 。
(1)目前,“低碳经济”备受关注,CO2的转化和利用是一个热门的研究课题。已知:
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/09ec9b30fdb3e21e86c8127d9a4d39e1.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/8cdfa42a7603e74bf22b74c5a59824c9.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/6b8ae5cd82e6c952d6002df78a36343d.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/afd6430cab3530fc5876f2eb8ae5b0be.png)
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/2021/12/13/2871611310710784/2871803671912448/STEM/6accf31a3bc64a4a9a2304982325ca63.png?resizew=150)
①△H
②A点对应容器体积为2 L,A点的平衡常数K=
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/903cddde30c43c7f7b40387cdac47c42.png)
③下列能说明此反应已达到平衡状态的是
A.
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/511c6cec8810dc37e4f7a98e8195d6cc.png)
B.CH3OCOOCH3与H2O的物质的量之比保持不变
C.恒压条件下,混合气体的密度保持不变
D.碳酸二甲酯的物质的量分数保持不变
(2)CO2经催化加氢可以生成低碳烃,主要有以下两个竞争反应:
反应Ⅰ:
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/ba011694e5bf12e3aa57c9ac8d9b9486.png)
反应Ⅱ:
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/6551f340a24c9692280d020f3045d40a.png)
为分析催化剂对反应的选择性,在密闭容器中充入1 molCO2和3 molH2,测得有关物质的物质的量随温度变化如图2所示。该催化剂在较高温度时主要选择
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/265c8cc69eccc833a520ade295d41f0c.png)
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/2021/12/13/2871611310710784/2871803671912448/STEM/7dd574bd906b4d15bc1dc10ca1c15cc7.png?resizew=146)
(3)有机电化学有条件温和,对环境友好,产品纯净等优点,其越来越受到人们的重视,一种以乙烯为原料一步合成乙醛的电化学装置如图3所示:
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/2021/12/13/2871611310710784/2871803671912448/STEM/ade7b9bdc7584c4793243f01e4e41855.png?resizew=266)
该装置负极上的电极反应式为
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解答题-原理综合题
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适中
(0.65)
解题方法
【推荐3】火法炼铜是目前世界上最主要的冶炼铜的方法,其产量可占到铜总产量的85%以上,火法炼铜相关的方程式有
Cu2S(s)+O2(g)=2Cu(s)+SO2(g) △H1=-271.4kJ/mol 反应①
Cu2S(s)+2Cu2O(s)=6Cu(s)+SO2(g) △H2=+123.2kJ/mol 反应②
(1)Cu2S(s)在空气中煅烧生成Cu2O(s)和SO2(g)的热化学方程式是___ 。
(2)火法炼铜所得吹炼烟气中SO2含量较高,该烟气在工业上可直接用于生产硫酸,从绿色化学角度考虑其优点有____ (任写一条)。
(3)在2L的恒温密闭容器中通入5mol氧气并加入足量Cu2S发生反应①(不考虑其它反应),容器中的起始压强为akPa,反应过程中某气体的体积分数随时间变化如图所示,反应前3min平均反应速率v(SO2)=___ mol/(L·min),该温度下反应的平衡常数KP=___ (KP为以分压表示的平衡常数)。若保持温度不变向平衡体系中再通入1mol氧气,达到新平衡后氧气的体积分数___ (填“大于”“小于”或“等于”)原平衡时氧气的体积分数。
(4)工业上电镀铜的装置如图所示,阳极产物除Cu2+外还有部分Cu+,部分Cu+经过一系列变化会以Cu2O的形式沉积在镀件表面,导致镀层不够致密、光亮。电镀过程中用空气搅拌而不是氮气搅拌的原因是_____ 。
Cu2S(s)+O2(g)=2Cu(s)+SO2(g) △H1=-271.4kJ/mol 反应①
Cu2S(s)+2Cu2O(s)=6Cu(s)+SO2(g) △H2=+123.2kJ/mol 反应②
(1)Cu2S(s)在空气中煅烧生成Cu2O(s)和SO2(g)的热化学方程式是
(2)火法炼铜所得吹炼烟气中SO2含量较高,该烟气在工业上可直接用于生产硫酸,从绿色化学角度考虑其优点有
(3)在2L的恒温密闭容器中通入5mol氧气并加入足量Cu2S发生反应①(不考虑其它反应),容器中的起始压强为akPa,反应过程中某气体的体积分数随时间变化如图所示,反应前3min平均反应速率v(SO2)=
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(4)工业上电镀铜的装置如图所示,阳极产物除Cu2+外还有部分Cu+,部分Cu+经过一系列变化会以Cu2O的形式沉积在镀件表面,导致镀层不够致密、光亮。电镀过程中用空气搅拌而不是氮气搅拌的原因是
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