和催化重整制合成气(、)有利于实现碳中和,涉及反应如下:
I:
Ⅱ:
Ⅲ:
Ⅳ:
回答下列问题:
(1)已知、的燃烧热分别为,,则=______ kJ·mol⁻¹,______ 0(填“>”“<”或“=”)。
(2)将一定体积和投入密闭容器中,反应Ⅰ在不同条件下达到平衡(反应Ⅱ、Ⅲ、IV可忽略)。设体系中甲烷的物质的量分数为,在T=610℃下的、在下的如图甲所示。图中对应等温过程的曲线是______ ,处于相同化学平衡状态的点是______ 。
(3)在恒压p=100kPa、初始投料的条件下,、发生上述反应达平衡时气体物质的量随温度的变化如图乙所示。
①曲线表示的物质是______ (填化学式),625℃时积碳物质的量为______ kmol,反应Ⅲ的压强平衡常数=______ 。
②下列说法正确的是______ 。
A.平衡后,移除部分积碳,Ⅲ和Ⅳ均向右移
B.保持其他条件不变,升温积碳量逐渐减小
C.温度一定时,增大投料比,有利于减少积碳
D.温度一定时,增大投料比,则将增大
I:
Ⅱ:
Ⅲ:
Ⅳ:
回答下列问题:
(1)已知、的燃烧热分别为,,则=
(2)将一定体积和投入密闭容器中,反应Ⅰ在不同条件下达到平衡(反应Ⅱ、Ⅲ、IV可忽略)。设体系中甲烷的物质的量分数为,在T=610℃下的、在下的如图甲所示。图中对应等温过程的曲线是
(3)在恒压p=100kPa、初始投料的条件下,、发生上述反应达平衡时气体物质的量随温度的变化如图乙所示。
①曲线表示的物质是
②下列说法正确的是
A.平衡后,移除部分积碳,Ⅲ和Ⅳ均向右移
B.保持其他条件不变,升温积碳量逐渐减小
C.温度一定时,增大投料比,有利于减少积碳
D.温度一定时,增大投料比,则将增大
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更新时间:2024-03-24 12:41:08
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【推荐1】CH4-CO2催化重整不仅可以得到合成气,还有利于实现碳中和,反应方程式为CH4(g)+CO2(g)⇌ 2CO(g)+2H2(g) △H。
(1)已知25℃、101kPa时,一些物质的燃烧热如下:
该催化重整反应的△H=___________ 。
(2)实验室中模拟CH4-CO2催化重整过程,在两个容积为2L的恒容密闭容器中,当投料比=1时,只发生反应CH4(g)+CO2(g)⇌2CO(g)+2H2(g),CO2的平衡转化率(α)与温度(T)、平衡压强(p)的关系如图1:
①一定温度下,在恒容的密闭容器中,能说明反应CH4(g)+CO2(g)⇌2CO(g)+2H2(g)达到平衡状态的标志有___________ (填标号)。
a.CH4的生成速率与CO的消耗速率之比为1:2
b.容器中的压强不再发生变化
c.H2的物质的量浓度不再变化
d.密闭容器中n(CH4):n(CO2):n(CO):n(H2)=1:1:2:2
②p1___________ (填“大于”、“小于”或“等于”,下同)2MPa;当温度为T3、压强为2MPa时,A点的V正___________ v逆。
③起始时向容器中加入1molCH4和1molCO2,在温度为T4、压强为p1条件下发生反应,5min达到平衡。则用CH4表示该反应的平均反应速率为___________ ;该温度时反应的平衡常数Kp=___________ (用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数,结果用含p1的代数式表示)。
④C点与D点对应的平衡体系中,起始时投入CH4的物质的量之比为n(C):n(D)=___________ 。
(3)工业上催化重整时还存在以下反应:积碳反应CH4(g)⇌C(s)+2H2(g)ΔH1>0;消碳反应CO2(g)+C(s)⇌ 2CO(g) ΔH2>0。催化剂表面积碳过多会引起催化剂失活。不同投料比[]下,CH4的转化率如图2,催化剂表面积碳量随温度的变化如图3,试分析,为使重整反应高效稳定地进行应选择________ (填“较高”或“较低”,下同)的温度和_______ 的投料比。
(1)已知25℃、101kPa时,一些物质的燃烧热如下:
物质 | CO(g) | H2(g) | CH4(g) |
燃烧热△H/(kJ·mol-1) | -283.0 | -285.8 | -890.3 |
(2)实验室中模拟CH4-CO2催化重整过程,在两个容积为2L的恒容密闭容器中,当投料比=1时,只发生反应CH4(g)+CO2(g)⇌2CO(g)+2H2(g),CO2的平衡转化率(α)与温度(T)、平衡压强(p)的关系如图1:
①一定温度下,在恒容的密闭容器中,能说明反应CH4(g)+CO2(g)⇌2CO(g)+2H2(g)达到平衡状态的标志有
a.CH4的生成速率与CO的消耗速率之比为1:2
b.容器中的压强不再发生变化
c.H2的物质的量浓度不再变化
d.密闭容器中n(CH4):n(CO2):n(CO):n(H2)=1:1:2:2
②p1
③起始时向容器中加入1molCH4和1molCO2,在温度为T4、压强为p1条件下发生反应,5min达到平衡。则用CH4表示该反应的平均反应速率为
④C点与D点对应的平衡体系中,起始时投入CH4的物质的量之比为n(C):n(D)=
(3)工业上催化重整时还存在以下反应:积碳反应CH4(g)⇌C(s)+2H2(g)ΔH1>0;消碳反应CO2(g)+C(s)⇌ 2CO(g) ΔH2>0。催化剂表面积碳过多会引起催化剂失活。不同投料比[]下,CH4的转化率如图2,催化剂表面积碳量随温度的变化如图3,试分析,为使重整反应高效稳定地进行应选择
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解题方法
【推荐2】研究CO和CO2的应用对构建低碳、环保的生态文明型社会具有重要的意义。以CO和H2为原料可以制取甲醇。已知部分反应的热化学方程式如下:
反应Ⅰ CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH=-99 kJ·mol-1
反应Ⅱ CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(l) ΔH=-3 kJ·mol-1
反应Ⅲ H2O(g)=H2O(l) ΔH=-44 kJ·mol-1
(1)反应CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)的ΔH=____ kJ·mol-1。
(2)向T1℃的恒容密闭容器中充入一定量的CO和H2,发生反应Ⅰ,保持温度不变,测得CH3OH的物质的量随时间的变化关系如图所示。
①下列条件可以判定反应到达平衡状态的是____ (填字母)。
A.2v正(H2)=v逆(CH3OH)
B.容器内气体的密度不变
C.容器内压强不变
D.反应不再释放热量
②在图中作出当其他条件不变,温度改为T2℃(T1<T2)时CH3OH的物质的量随时间的变化关系图。_____
(3)体积可变的密闭容器中,起始n(H2)/n(CO)=2.60时,反应Ⅰ体系中CO的平衡转化率(α)与温度和压强的关系如图所示。
①α(CO)随温度升高而减小的原因是____ 。
②图中压强p1、p2、p3中最大的是____ 。
③若起始CO、H2、CH3OH的物质的量分别为0 mol、1.2 mol、2 mol,保持温度为530K、压强为p2,反应达到平衡时,CH3OH的转化率是____ 。
(4)以二氧化钛表面覆盖Cu2Al2O4为催化剂,可以将CO2和CH4直接转化为乙酸。在不同温度下乙酸的生成速率如图所示。250~300℃时,温度升高而乙酸的生成速率降低的原因是____ 。
反应Ⅰ CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH=-99 kJ·mol-1
反应Ⅱ CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(l) ΔH=-3 kJ·mol-1
反应Ⅲ H2O(g)=H2O(l) ΔH=-44 kJ·mol-1
(1)反应CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)的ΔH=
(2)向T1℃的恒容密闭容器中充入一定量的CO和H2,发生反应Ⅰ,保持温度不变,测得CH3OH的物质的量随时间的变化关系如图所示。
①下列条件可以判定反应到达平衡状态的是
A.2v正(H2)=v逆(CH3OH)
B.容器内气体的密度不变
C.容器内压强不变
D.反应不再释放热量
②在图中作出当其他条件不变,温度改为T2℃(T1<T2)时CH3OH的物质的量随时间的变化关系图。
(3)体积可变的密闭容器中,起始n(H2)/n(CO)=2.60时,反应Ⅰ体系中CO的平衡转化率(α)与温度和压强的关系如图所示。
①α(CO)随温度升高而减小的原因是
②图中压强p1、p2、p3中最大的是
③若起始CO、H2、CH3OH的物质的量分别为0 mol、1.2 mol、2 mol,保持温度为530K、压强为p2,反应达到平衡时,CH3OH的转化率是
(4)以二氧化钛表面覆盖Cu2Al2O4为催化剂,可以将CO2和CH4直接转化为乙酸。在不同温度下乙酸的生成速率如图所示。250~300℃时,温度升高而乙酸的生成速率降低的原因是
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【推荐3】碳和碳的化合物在生产、生活中的应用非常广泛,在提倡健康生活已成潮流的今天,“低碳生活”不再只是一种理想,更是一种值得期待的新的生活方式。
(1)甲烷燃烧放出大量的热,可作为能源用于人类的生产和生活。
已知:①2CH4(g)+3O2(g)=2CO(g)+4H2O(l) △H=—1214 kJ/mol
②2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) △H= —566kJ/mol
则表示甲烷燃烧热的热化学方程式_______________________ 。
(2)生产甲醇的原料CO和H2来源于:CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)
①一定条件下CH4的平衡转化率与温度、压强的关系如图,则Pl_______ P2;A、B、C三点处对应平衡常数(KA、KB、KC)的大小顺序为___________ (填“<”、“>”“=”)。
②100℃时,将1mol CH4和2mol H2O通入容积为10L的反应室,反应达平衡的标志是:_______ 。
a.容器的压强恒定
b.单位时间内消耗0.1mol CH4同时生成0.3mol H2
c.容器内气体密度恒定
d.3v(CH4)=v(H2)
e. 容器内气体平均相对分子质量恒定
(3)已知2H2(g)+CO(g)CH3OH(g)△H=-akJ•mol-1(a>0),在一个容积固定的容器中加入2mol H2和1mol CO,在500℃时充分反应,达平衡后CH3OH的浓度为W mol•L-1。反应平衡后,若向原来容器中再加入2mol H2和1mol CO,500℃充分反应再次达平衡后,则CH3OH浓度___________ 2Wmol•L-1(填“>”、“<”或“=”)。
(4)某实验小组利用CO(g)、O2(g)、KOH(aq)设计成如图所示的电池装置,
①负极的电极反应式为___________ 。
②用该原电池做电源,用惰性电极电解200mL饱和食盐水(足量),消耗标准状况下的CO 224mL,则溶液的pH=___________ 。
(1)甲烷燃烧放出大量的热,可作为能源用于人类的生产和生活。
已知:①2CH4(g)+3O2(g)=2CO(g)+4H2O(l) △H=—1214 kJ/mol
②2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) △H= —566kJ/mol
则表示甲烷燃烧热的热化学方程式
(2)生产甲醇的原料CO和H2来源于:CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)
①一定条件下CH4的平衡转化率与温度、压强的关系如图,则Pl
②100℃时,将1mol CH4和2mol H2O通入容积为10L的反应室,反应达平衡的标志是:
a.容器的压强恒定
b.单位时间内消耗0.1mol CH4同时生成0.3mol H2
c.容器内气体密度恒定
d.3v(CH4)=v(H2)
e. 容器内气体平均相对分子质量恒定
(3)已知2H2(g)+CO(g)CH3OH(g)△H=-akJ•mol-1(a>0),在一个容积固定的容器中加入2mol H2和1mol CO,在500℃时充分反应,达平衡后CH3OH的浓度为W mol•L-1。反应平衡后,若向原来容器中再加入2mol H2和1mol CO,500℃充分反应再次达平衡后,则CH3OH浓度
(4)某实验小组利用CO(g)、O2(g)、KOH(aq)设计成如图所示的电池装置,
①负极的电极反应式为
②用该原电池做电源,用惰性电极电解200mL饱和食盐水(足量),消耗标准状况下的CO 224mL,则溶液的pH=
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【推荐1】利用二氧化碳氢化法合成二甲醚,可实现二氧化碳再利用。其中涉及的反应有:
Ⅰ.
Ⅱ.
Ⅲ.
已知:生成物A的选择性
回答下列问题:
(1)写出与转化为和(反应Ⅳ)的热化学方程式:___________ 。
(2)在恒温(T>373K)恒容条件下,将一定量的、通入密闭容器中(含催化剂)发生上述反应。下列不能够说明该反应体系已达化学平衡状态的是___________ (填标号)。
A. B.反应Ⅰ中
C.混合气体的平均相对分子质量不变 D.混合气体的密度不变
E.的转化率不变
(3)某二甲醚/双氧水燃料电池的工作原理如图所示。电池工作时,A电极附近溶液的pH___________ (填“减小”“增大”或“不变”);电极B的电极反应式为___________ 。
(4)合成尿素也是利用的途径之一、尿素合成主要通过下列反应实现
反应Ⅰ:
反应Ⅱ:
①密闭体系中反应Ⅲ的平衡常数(K)与温度的关系如图甲所示,反应Ⅰ的___________ (填“=0”或“>0”或“<0”)。
②反应体系中除发生反应Ⅰ、反应Ⅱ外,还发生尿素水解、尿素缩合生成缩二脲和尿素转化为氰酸铵()等副反应。尿素生产中实际投入和的物质的量之比为,其实际投料比值远大于理论值的原因是___________ 。
Ⅰ.
Ⅱ.
Ⅲ.
已知:生成物A的选择性
回答下列问题:
(1)写出与转化为和(反应Ⅳ)的热化学方程式:
(2)在恒温(T>373K)恒容条件下,将一定量的、通入密闭容器中(含催化剂)发生上述反应。下列不能够说明该反应体系已达化学平衡状态的是
A. B.反应Ⅰ中
C.混合气体的平均相对分子质量不变 D.混合气体的密度不变
E.的转化率不变
(3)某二甲醚/双氧水燃料电池的工作原理如图所示。电池工作时,A电极附近溶液的pH
(4)合成尿素也是利用的途径之一、尿素合成主要通过下列反应实现
反应Ⅰ:
反应Ⅱ:
①密闭体系中反应Ⅲ的平衡常数(K)与温度的关系如图甲所示,反应Ⅰ的
②反应体系中除发生反应Ⅰ、反应Ⅱ外,还发生尿素水解、尿素缩合生成缩二脲和尿素转化为氰酸铵()等副反应。尿素生产中实际投入和的物质的量之比为,其实际投料比值远大于理论值的原因是
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【推荐2】研究高效催化剂是解决汽车尾气中的NO和CO对大气污染的重要途径。
(1)已知:
则汽车尾气的催化转化反应的___________ 。
(2)400℃时,在分别装有催化剂A和B的两个容积为2L的刚性密闭容器中,各充入物质的量均为nmol的NO和CO发生上述反应。通过测定容器内总压强随时间变化来探究催化剂对反应速率的影响,数据如下表:
①容器中CO的平衡转化率为______ 。400℃时,用压强表示的平衡常数Kp=____ (用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压物质的量分数,保留两位小数)。
②汽车尾气排气管中使用催化剂可以提高污染物转化率,其原因是___________ 。
(3)为研究气缸中NO的生成。在体积可变的恒压密闭容器中,高温下充入物质的量均为1mol的氮气和氧气,发生反应。
下列说法能表明该反应已经达到平衡状态的是___________(填序号)。
(4)对于气缸中NO的生成,化学家提出了如下反应历程:
第一步: 慢反应
第二步: 较快平衡
第三步: 快速平衡
下列说法错误的是___________(填序号)。
(1)已知:
则汽车尾气的催化转化反应的
(2)400℃时,在分别装有催化剂A和B的两个容积为2L的刚性密闭容器中,各充入物质的量均为nmol的NO和CO发生上述反应。通过测定容器内总压强随时间变化来探究催化剂对反应速率的影响,数据如下表:
时间/min | 0 | 10 | 20 | 30 | |
A容器内压强/kPa | 75.0 | 70.0 | 65.0 | 60.0 | 60.0 |
B容器内压强/kPa | 75.0 | 71.0 | 68.0 | 66.0 | 60.0 |
②汽车尾气排气管中使用催化剂可以提高污染物转化率,其原因是
(3)为研究气缸中NO的生成。在体积可变的恒压密闭容器中,高温下充入物质的量均为1mol的氮气和氧气,发生反应。
下列说法能表明该反应已经达到平衡状态的是___________(填序号)。
A.2v正(O2)= v逆(NO) |
B.混合气体的平均相对分子质量不变 |
C.c(N2):c(O2)=1 |
D.容器内温度不变 |
第一步: 慢反应
第二步: 较快平衡
第三步: 快速平衡
下列说法错误的是___________(填序号)。
A.第一步反应不从N2分解开始,是因为N2比O2稳定 |
B.N、O原子均为该反应的催化剂 |
C.三步反应中第一步反应活化能最大 |
D.三步反应的速率都随温度升高而增大 |
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【推荐3】二甲醚是含氢量高,廉价易得,无毒的优良制氢原料,二甲醚水蒸气重整制氢体系中会发生如下反应:
主反应:
反应:
(1)①主反应在_______ (填“高温”或“低温”)下能自发进行。
②已知主反应的机理分为两步
步骤ⅰ:
步骤ⅱ:……
则步骤ⅱ的热化学方程式为_______ 。
对比负载的催化剂性能,测得收率的变化曲线如图所示。
已知:
二甲醚转化率
氢选择性
氢收率=二甲醚转化率×氢选择性
(2)三种催化剂中,催化活性最好的催化剂是_______ 。加入后,催化剂的稳定性_______ (填“上升”或下降”)
(3)向恒压为p(非恒容)的体系中充入物质的量之比为的发生二甲醚水蒸气重整制氢反应,测得在催化剂催化下反应达到平衡时,二甲醚转化率为,且产物中。
①能判断该反应达到平衡状态的标志为_______ (填字母)。
A.混合气体中各物质分压保持不变
B.混合气体的密度保持不变
C.混合气体平均摩尔质量保持不变
D.消耗时,有生成
②反应达到平衡时,的转化率为_______ ,二甲醚水蒸气重整制氢主反应的_______ (列出含p的计算式即可)。
主反应:
反应:
(1)①主反应在
②已知主反应的机理分为两步
步骤ⅰ:
步骤ⅱ:……
则步骤ⅱ的热化学方程式为
对比负载的催化剂性能,测得收率的变化曲线如图所示。
已知:
二甲醚转化率
氢选择性
氢收率=二甲醚转化率×氢选择性
(2)三种催化剂中,催化活性最好的催化剂是
(3)向恒压为p(非恒容)的体系中充入物质的量之比为的发生二甲醚水蒸气重整制氢反应,测得在催化剂催化下反应达到平衡时,二甲醚转化率为,且产物中。
①能判断该反应达到平衡状态的标志为
A.混合气体中各物质分压保持不变
B.混合气体的密度保持不变
C.混合气体平均摩尔质量保持不变
D.消耗时,有生成
②反应达到平衡时,的转化率为
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【推荐1】为实现碳中和,将在一定条件下转化为化工原料,其中和可发生如下两个平行反应:
①
②
(1)根据所给信息,若要反应②自发进行,需要控制温度范围为_______ K(保留一位小数)。
(2)为了提高的产率,理论上可采用的措施是_______ (填标号)。
A.低温低压 B.高温低压 C.合适的催化剂 D.高温高压 E.低温高压
(3)将和按物质的量之比通入刚性密闭容器中,在催化剂作用下发生反应①和反应②,在相同的时间内的选择性和产率随温度的变化如下表所示。已知:X代表的选择性 Y代表甲醇的产率%
①在上述条件下合成甲醇的工业条件是_______ 。
A.483K B.503K C.催化剂 D.催化剂
②503K以上,升高温度导致的转化率增大,甲醇的产率降低。可能的原因是_______ 。
(4)在容器体积不变的条件下,下列说法中,能判断反应②达到平衡状态的有_______ (填标号)。
A.混合气体总压强不再变化
B.断裂3molH—H键的同时断裂2molO—H键
C.和的物质的量之比不再变化
D.混合气体的平均相对分子质量不再变化
E.混合气体的密度不再变化
F.保持不变
(5)若体积不变的密闭容器中只发生上述反应①,在进气比不同、温度不同时,测得相应的平衡转化率如图所示。则B和D两点的温度_______ (选填“<”,“>”,或“=”),其原因是_______ 。
①
②
(1)根据所给信息,若要反应②自发进行,需要控制温度范围为
(2)为了提高的产率,理论上可采用的措施是
A.低温低压 B.高温低压 C.合适的催化剂 D.高温高压 E.低温高压
(3)将和按物质的量之比通入刚性密闭容器中,在催化剂作用下发生反应①和反应②,在相同的时间内的选择性和产率随温度的变化如下表所示。已知:X代表的选择性 Y代表甲醇的产率%
温度/K | 催化剂 | 催化剂 | ||
X(甲醇选择性) | Y(甲醇产率) | X(甲醇选择性) | Y(甲醇产率) | |
483 | 38 | 2 | 19 | 0.9 |
503 | 26 | 4.5 | 33 | 2.2 |
523 | 23 | 3.9 | 30 | 1.9 |
543 | 18 | 3 | 25 | 1.8 |
563 | 16 | 3 | 25 | 1.6 |
A.483K B.503K C.催化剂 D.催化剂
②503K以上,升高温度导致的转化率增大,甲醇的产率降低。可能的原因是
(4)在容器体积不变的条件下,下列说法中,能判断反应②达到平衡状态的有
A.混合气体总压强不再变化
B.断裂3molH—H键的同时断裂2molO—H键
C.和的物质的量之比不再变化
D.混合气体的平均相对分子质量不再变化
E.混合气体的密度不再变化
F.保持不变
(5)若体积不变的密闭容器中只发生上述反应①,在进气比不同、温度不同时,测得相应的平衡转化率如图所示。则B和D两点的温度
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解题方法
【推荐2】为了减缓温室效应,实现碳中和目标,可将转化为甲醚、甲醇等产品.请回答问题:
与制甲醚的主要反应如下:
I.
Ⅱ.
Ⅲ.
(1)总反应的__________ .
(2)若在体积恒定的密闭容器内发生上述反应,下列措施可提高总反应速率的是_________ .
a.加入催化剂 b.降低温度 c.充入惰性气体 d.同比例的增大和的投料
(3)密闭容器中充入,在条件下测得平衡时转化率和选择性随温度的变化如图所示.
已知:选择性
①表示选择性的是曲线___________ 填(“M”或“N”);
②温度高于时,曲线N随温度升高而升高的原因是_____________ ;
③为同时提高平衡时转化率和选择性,应选择的反应条件为________ (填字母)
a.低温、低压 b.高温、高压 c.高温、低压 d.低温、高压
④Q点温度下的物质的量为,则该温度下反应Ⅲ的________ .
(4)研究发现双金属氧化物对加氢制甲醇有良好的催化作用,反应机理如图所示,下列有关叙述正确的是__________ .
a.反应①有极性键的断裂和形成 b.氧空位的作用是用于捕获
c.整个过程中,元素的化合价未发生变化 d.机理图上中间体有三种
与制甲醚的主要反应如下:
I.
Ⅱ.
Ⅲ.
(1)总反应的
(2)若在体积恒定的密闭容器内发生上述反应,下列措施可提高总反应速率的是
a.加入催化剂 b.降低温度 c.充入惰性气体 d.同比例的增大和的投料
(3)密闭容器中充入,在条件下测得平衡时转化率和选择性随温度的变化如图所示.
已知:选择性
①表示选择性的是曲线
②温度高于时,曲线N随温度升高而升高的原因是
③为同时提高平衡时转化率和选择性,应选择的反应条件为
a.低温、低压 b.高温、高压 c.高温、低压 d.低温、高压
④Q点温度下的物质的量为,则该温度下反应Ⅲ的
(4)研究发现双金属氧化物对加氢制甲醇有良好的催化作用,反应机理如图所示,下列有关叙述正确的是
a.反应①有极性键的断裂和形成 b.氧空位的作用是用于捕获
c.整个过程中,元素的化合价未发生变化 d.机理图上中间体有三种
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【推荐3】运用化学链燃烧技术有利于提高燃料利用率。化学链燃烧技术的基本原理是借助载氧剂(如Fe2O3、FeO等)将燃料与空气直接接触的传统燃烧反应分解为几个气固反应,燃料与空气无须接触,由载氧剂将空气中的氧气传递给燃料。回答下列问题:
以Fe2O3作载氧剂的化学链燃烧循环转化反应的部分热化学方程式如下,循环转化的原理如图1所示。
①C(s)+H2O(g)═CO(g)+H2(g)△H1=akJ•mol﹣1
②CO(g)+H2(g)+O2(g)═CO2(g)+H2O(g)△H2=bkJ•mol﹣1
(1)写出图1中总反应的热化学方程式:_____
(2)空气经反应器A后得到的尾气_____ (填“能”或“不能”)直接用作工业合成氨的原料气,原因是_____ 。
Ⅱ.用FeO作载氧剂,部分反应的lgKp[K是用平衡分压(平衡分压=总压×物质的量分数)代替平衡浓度]与温度的关系如图2所示。
(3)图2涉及的反应中,属于吸热反应的是反应_____ (填字母)。
(4)R点对应温度下,向某恒容密闭容器中通入1mol CO,并加入足量的FeO,只发生反应CO(g)+FeO(s)⇌Fe(s)+CO2(g),则CO的平衡转化率为_____ 。
Ⅲ.在T℃下,向某恒容密闭容器中加入1mol CH4(g)和4mol FeO(s)进行反应:CH4(g)+4FeO(s)⇌4Fe(s)+2H2O(g)+CO2(g)。反应起始时压强为p0,反应进行至10min时达到平衡状态,测得此时容器的气体压强是起始压强的2倍。
(5)T℃下,该反应的Kp=_____ 。
(6)若起始时向该容器中加入1mol CH4(g),4mol FeO(s),1mol H2O(g),0.5mol CO2(g),此时反应向_____ (填“正反应”或“逆反应”)方向进行。
(7)其他条件不变,若将该容器改为恒压密闭容器,则此时CH4(g)的平衡转化率_____ (填“增大”“减小”或“不变”)。
以Fe2O3作载氧剂的化学链燃烧循环转化反应的部分热化学方程式如下,循环转化的原理如图1所示。
①C(s)+H2O(g)═CO(g)+H2(g)△H1=akJ•mol﹣1
②CO(g)+H2(g)+O2(g)═CO2(g)+H2O(g)△H2=bkJ•mol﹣1
(1)写出图1中总反应的热化学方程式:
(2)空气经反应器A后得到的尾气
Ⅱ.用FeO作载氧剂,部分反应的lgKp[K是用平衡分压(平衡分压=总压×物质的量分数)代替平衡浓度]与温度的关系如图2所示。
(3)图2涉及的反应中,属于吸热反应的是反应
(4)R点对应温度下,向某恒容密闭容器中通入1mol CO,并加入足量的FeO,只发生反应CO(g)+FeO(s)⇌Fe(s)+CO2(g),则CO的平衡转化率为
Ⅲ.在T℃下,向某恒容密闭容器中加入1mol CH4(g)和4mol FeO(s)进行反应:CH4(g)+4FeO(s)⇌4Fe(s)+2H2O(g)+CO2(g)。反应起始时压强为p0,反应进行至10min时达到平衡状态,测得此时容器的气体压强是起始压强的2倍。
(5)T℃下,该反应的Kp=
(6)若起始时向该容器中加入1mol CH4(g),4mol FeO(s),1mol H2O(g),0.5mol CO2(g),此时反应向
(7)其他条件不变,若将该容器改为恒压密闭容器,则此时CH4(g)的平衡转化率
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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1】(t-BuNO)2在正庚烷溶剂中发生反应:(t-BuNO)22(t-BuNO) 。
(1)20℃时,当(t-BuNO)2的起始浓度为0.5 mol·L-1时,平衡转化率是65%。则20℃时上述反应的平衡常数K =___________ 。相同温度下,随着(t-BuNO)2的起始浓度增大,其平衡转化率___________ (填“增大”、“不变”或“减小”,下同),平衡常数___________ 。
(2)20℃时,该反应在CCl4溶剂中的K=1.9,若将正庚烷改成CCl4,并保持(t-BuNO)2起始浓度为0.50mol·L-1,则它在CCl4溶剂中的平衡转化率___________ 65%(填“大于”、“等于”或“小于”)。
(3)实验测得该反应的ΔH = 50.5 kJ·mol-1,活化能Ea = 90.4 kJ·mol-1.下列能量关系图合理的是___________ 。该反应在___________ (填“较高”或“较低”)温度下有利于该反应自发进行。
A. B.
C. D.
(1)20℃时,当(t-BuNO)2的起始浓度为0.5 mol·L-1时,平衡转化率是65%。则20℃时上述反应的平衡常数K =
(2)20℃时,该反应在CCl4溶剂中的K=1.9,若将正庚烷改成CCl4,并保持(t-BuNO)2起始浓度为0.50mol·L-1,则它在CCl4溶剂中的平衡转化率
(3)实验测得该反应的ΔH = 50.5 kJ·mol-1,活化能Ea = 90.4 kJ·mol-1.下列能量关系图合理的是
A. B.
C. D.
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【推荐2】I.“低碳经济”时代,科学家利用“组合转化”等技术对CO2进行综合利用。
(1)CO2和H2在一定条件下可以生成乙烯:6H2(g)+2CO2(g)CH2=CH2(g)+4H2O(g) △H=akJ·mol-1已知:H2(g)的燃烧热为285.8kJ·mol-1,CH2=CH2(g)的燃烧热为1411.0kJ·mol-1,H2O(g)=H2O(l) △H=-44.0kJ·mol-1,则a=______ kJ·mol-1。
(2)上述生成乙烯的反应中,温度对CO2的平衡转化率及催化剂的催化效率影响如图,下列有关说法不正确的是_______ (填序号)
①温度越高,催化剂的催化效率越高
②温度低于250℃时,随着温度升高,乙烯的产率增大
③M点平衡常数比N点平衡常数大
④N点正反应速率一定大于M点正反应速率
⑤增大压强可提高乙烯的体积分数
(3)2012年科学家根据光合作用原理研制出“人造树叶”。右图是“人造树叶”的电化学模拟实验装置图,该装置能将H2O和CO2转化为O2和有机物C3H8O。
阴极的电极反应式为:_________________________ 。
II.为减轻大气污染,可在汽车尾气排放处加装催化转化装置,反应方程式为:
2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g)。
(4)上述反应使用等质量的某种催化剂时,温度和催化剂的比表面积对化学反应速率的影响对比实验如下表,c(NO)浓度随时间(t)变化曲线如下图:
①表中a=___________ 。
②实验说明,该反应是__________ 反应(填“放热”或“吸热”)。
③若在500℃时,投料=1,NO的转化率为80%,则此温度时的平衡常数K=_____ 。
(5)使用电化学法也可处理NO的污染,装置如右图。已知电解池阴极室中溶液的pH在4~7之间,写出阴极的电极反应式:__________ 。吸收池中除去NO的离子方程式为:__________________ 。
(1)CO2和H2在一定条件下可以生成乙烯:6H2(g)+2CO2(g)CH2=CH2(g)+4H2O(g) △H=akJ·mol-1已知:H2(g)的燃烧热为285.8kJ·mol-1,CH2=CH2(g)的燃烧热为1411.0kJ·mol-1,H2O(g)=H2O(l) △H=-44.0kJ·mol-1,则a=
(2)上述生成乙烯的反应中,温度对CO2的平衡转化率及催化剂的催化效率影响如图,下列有关说法不正确的是
①温度越高,催化剂的催化效率越高
②温度低于250℃时,随着温度升高,乙烯的产率增大
③M点平衡常数比N点平衡常数大
④N点正反应速率一定大于M点正反应速率
⑤增大压强可提高乙烯的体积分数
(3)2012年科学家根据光合作用原理研制出“人造树叶”。右图是“人造树叶”的电化学模拟实验装置图,该装置能将H2O和CO2转化为O2和有机物C3H8O。
阴极的电极反应式为:
II.为减轻大气污染,可在汽车尾气排放处加装催化转化装置,反应方程式为:
2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g)。
(4)上述反应使用等质量的某种催化剂时,温度和催化剂的比表面积对化学反应速率的影响对比实验如下表,c(NO)浓度随时间(t)变化曲线如下图:
编号 | T(℃) | NO初始浓度(mol/L) | CO初始浓度(mol/L) | 催化剂的比表面积(m2/g) |
Ⅰ | 280 | 1.20×10-3 | 5.80×10-3 | 82 |
Ⅱ | 280 | a | 5.80×10-3 | 124 |
Ⅲ | 350 | 1.20×10-3 | 5.80×10-3 | b |
②实验说明,该反应是
③若在500℃时,投料=1,NO的转化率为80%,则此温度时的平衡常数K=
(5)使用电化学法也可处理NO的污染,装置如右图。已知电解池阴极室中溶液的pH在4~7之间,写出阴极的电极反应式:
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解答题-原理综合题
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较难
(0.4)
名校
【推荐3】亚硝酰氯是有机合成中的重要试剂,可通过反应:获得。
(1)氮氧化物与悬浮在大气中海盐粒子的相互作用时,涉及如下反应:
①平衡常数
②平衡常数
③平衡常数
则___________ (用表示),___________ (用表示)。
(2)时,的逆反应速率表达式为,测得速率和浓度的关系如表所示:则___________
(3)按投料比把和加入到一恒压的密闭容器中发生反应③,平衡时的转化率与温度T的关系如图A所示:
①P压强条件下,M点时容器内的体积分数为___________ 。
②若反应一直保持在P压强条件下进行,则M点的分压平衡常数___________ (用含P的表达式表示,用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×体积分数)
(4)一定条件下在恒温恒容的密闭容器中按一定比例充入和,平衡时的体积分数随的变化图象如图B所示,则A、B、C三状态中,的转化率最小的是___________ 。点,当时,达到平衡状态的体积分数可能是D、E、F三点中的___________ 点。
(1)氮氧化物与悬浮在大气中海盐粒子的相互作用时,涉及如下反应:
①平衡常数
②平衡常数
③平衡常数
则
(2)时,的逆反应速率表达式为,测得速率和浓度的关系如表所示:则
序号 | ||
① | 0.30 | 0.36 |
② | 0.60 | 1.44 |
③ | 0.90 | 3.24 |
①P压强条件下,M点时容器内的体积分数为
②若反应一直保持在P压强条件下进行,则M点的分压平衡常数
(4)一定条件下在恒温恒容的密闭容器中按一定比例充入和,平衡时的体积分数随的变化图象如图B所示,则A、B、C三状态中,的转化率最小的是
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