以为原料在特定条件下可生产醇类、烷烃、碳酸酯等,实现二氧化碳资源化。科学家通过如下反应合成甲醇:。
已知:
回答下列问题:
(1)计算上述合成甲醇反应的焓变______ 。
(2)科学研究中常用产物的时空收率(单位物质的量催化剂表面产物分子的平均生成速率)来衡量催化效果.在3 MPa,时,不同Ni、Ga配比的Ni-Ga/催化剂下,测定甲醇时空收率随温度的变化曲线如图所示.甲醇时空收率随温度变化先增大后减小的原因是______ 。催化剂的最佳配比和反应温度是______ 。(3)将等量和充入恒温恒容密闭容器中反应合成甲醇,已知该温度下反应的化学平衡常数,下列事实说明该反应已达平衡的是______。
(4)①合成存在以下副反应:。5MPa,200℃时在1 L容器中投入1 mol 和3 mol ,达成平衡时,二氧化碳转化率为0.5,甲醇选择率为0.8(甲醇选择率=)。计算合成甲醇反应的化学平衡常数K(写出过程,结果列出计算表达式)________________________ 。
②已知200℃时有60%以上的原料未转化,为了提高转化率,设计如图流程分离甲醇和水,循环利用原料气。已知甲醇的沸点是64.7℃,根据信息判断反应室的温度______ 闪蒸室的温度(选填“<”、“=”或“>”).在原料气中通入CO的目的是________________________ 。
已知:
回答下列问题:
(1)计算上述合成甲醇反应的焓变
(2)科学研究中常用产物的时空收率(单位物质的量催化剂表面产物分子的平均生成速率)来衡量催化效果.在3 MPa,时,不同Ni、Ga配比的Ni-Ga/催化剂下,测定甲醇时空收率随温度的变化曲线如图所示.甲醇时空收率随温度变化先增大后减小的原因是
A.气体密度保持不变 |
B.与的生成速率相等 |
C.某时刻容器中,, |
D.混合气体的平均相对分子质量不变 |
②已知200℃时有60%以上的原料未转化,为了提高转化率,设计如图流程分离甲醇和水,循环利用原料气。已知甲醇的沸点是64.7℃,根据信息判断反应室的温度
更新时间:2024-03-22 13:29:11
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【推荐1】世界各国以全球协约的方式减排温室气体,我国由此提出“碳达峰”和“碳中和”目标。如何减少CO2的排放及如何将CO2转化为新能源是现在最前沿的科学。我国科研人员今年研究出了一种在催化剂作用下将CO2还原成HCOOH的一种方法。为了很好地认识在不同条件下该方法的可行性,某学习小组查阅了相关资料及进行了相关实验。
Ⅰ.相关物质的性质
Ⅱ.实验探究
为了研究在不同条件下,CO2与H2在催化剂作用下的反应情况。分别在装有催化剂的甲、乙两个恒温恒压容器中均通入0.1molCO2和0.1molH2,两容器的起始体积均为2L(如下图)。随着反应的进行,该学习小组通过测定绘出了甲、乙两容器的体积与反应时间的曲线图如下。回答下列问题:
(1)反应的∆H=_______ 。
(2)0~t1内,甲容器中用单位时间内CO2的物质的量的变化表示的该反应的速率v(CO2)=_______ 。并比较0~t1内甲、乙两容器内反应的速率的大小:甲_______ 乙(填“>”“<”或“=”)。
(3)下列能表明甲容器内反应已达化学平衡状态的有_______(填标号)。
(4)乙容器的起始压强为0.32MPa,t2时该容器中反应达到平衡,120℃时反应的平衡常数Kp=_______ (精确到小数点后第二位。用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)。
(5)将CO2还原成HCOOH也可以在如图电解池(电解质为硫酸溶液)中完成。则甲口通入的是_______ (填“CO2”或“H2”),阴极池中发生的电极反应式为_______ 。
Ⅰ.相关物质的性质
物质 | 熔点(℃) | 沸点(℃) | 燃烧热(kJ/mol) |
CO2 | -78.5 | -56.6 | |
H2 | -259 | -252 | 285.8 |
HCOOH | 8.4 | 100.8 | 254.4 |
为了研究在不同条件下,CO2与H2在催化剂作用下的反应情况。分别在装有催化剂的甲、乙两个恒温恒压容器中均通入0.1molCO2和0.1molH2,两容器的起始体积均为2L(如下图)。随着反应的进行,该学习小组通过测定绘出了甲、乙两容器的体积与反应时间的曲线图如下。回答下列问题:
(1)反应的∆H=
(2)0~t1内,甲容器中用单位时间内CO2的物质的量的变化表示的该反应的速率v(CO2)=
(3)下列能表明甲容器内反应已达化学平衡状态的有_______(填标号)。
A.容器体积保持不变 |
B. |
C.气体平均摩尔质量保持不变 |
D.CO2的体积分数保持不变 |
(5)将CO2还原成HCOOH也可以在如图电解池(电解质为硫酸溶液)中完成。则甲口通入的是
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【推荐2】“2030年前碳达峰,2060年前实现碳中和”定调国家级绿色发展战略。防治大气污染、水体污染等是世界各国保护环境的最重要课题。
Ⅰ.
(1)一氧化碳是一种大气污染物,也是一种重要的化工原料,科学家首次用X射线激光技术观察到CO与O2在催化剂表面生成CO2的过程,模拟图如图所示(部分微粒未画出)___________ 。
a.状态Ⅰ→状态Ⅲ未发生化学变化
b.状态Ⅲ→状态Ⅴ的反应为CO+O=CO2
c.状态Ⅳ→状态Ⅴ过程无能量变化
(2)CO2催化加氢合成二甲醚是一种实现“碳中和”理想的CO2转化方法。该过程中涉及的反应为:2CO2(g)+6H2(g)⇌CH3OCH3(g)+3H2O(g)
该反应通过以下步骤来实现:
i.CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g)
ii.2CH3OH(g)⇌CH3OCH3(g)+H2O(g)
=___________ kJ·mol-1,1molCH3OCH3中sp3杂化方式原子个数为___________ 。
Ⅱ.已知CO2催化加氢合成乙醇的反应原理为:2CO2(g)+6H2(g)⇌C2H5OH(g)+3H2O(g) =-173.6kJ·mol-1。
(3)图甲、图乙分别是CO2的平衡转化率随压强及温度的变化关系,已知m为起始时的投料比,即m=n(H2)/n(CO2)。___________ 。
②图乙中m1、m2、m3投料比从大到小的顺序为___________ ,理由是___________ 。
(4)图丙表示在m=3,总压为5MPa的恒压条件下,各物质平衡时的物质的量分数随温度的变化关系。___________ 。(填化学式)
②T4温度时,该反应的平衡常数Kp=___________ 。
(提示:用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数,列出计算式,不需化简和计算)
Ⅲ.北京冬奥会基本实现了100%绿电供应和碳中和。利用如图所示光催化技术装置可实现“碳中和”。(5)铂电极的电极反应式为___________ 。
Ⅰ.
(1)一氧化碳是一种大气污染物,也是一种重要的化工原料,科学家首次用X射线激光技术观察到CO与O2在催化剂表面生成CO2的过程,模拟图如图所示(部分微粒未画出)
下列叙述正确的是
a.状态Ⅰ→状态Ⅲ未发生化学变化
b.状态Ⅲ→状态Ⅴ的反应为CO+O=CO2
c.状态Ⅳ→状态Ⅴ过程无能量变化
(2)CO2催化加氢合成二甲醚是一种实现“碳中和”理想的CO2转化方法。该过程中涉及的反应为:2CO2(g)+6H2(g)⇌CH3OCH3(g)+3H2O(g)
该反应通过以下步骤来实现:
i.CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g)
ii.2CH3OH(g)⇌CH3OCH3(g)+H2O(g)
=
Ⅱ.已知CO2催化加氢合成乙醇的反应原理为:2CO2(g)+6H2(g)⇌C2H5OH(g)+3H2O(g) =-173.6kJ·mol-1。
(3)图甲、图乙分别是CO2的平衡转化率随压强及温度的变化关系,已知m为起始时的投料比,即m=n(H2)/n(CO2)。
①图甲中投料比相同,温度从高到低的顺序为
②图乙中m1、m2、m3投料比从大到小的顺序为
(4)图丙表示在m=3,总压为5MPa的恒压条件下,各物质平衡时的物质的量分数随温度的变化关系。
①曲线d代表的物质为
②T4温度时,该反应的平衡常数Kp=
(提示:用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数,列出计算式,不需化简和计算)
Ⅲ.北京冬奥会基本实现了100%绿电供应和碳中和。利用如图所示光催化技术装置可实现“碳中和”。(5)铂电极的电极反应式为
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【推荐3】甲醇又称“木醇”,是无色有酒精气味易挥发的有毒液体。甲醇是重要的化学工业基础原料和液体燃料,可用于制造甲醛和农药,并常用作有机物的萃取剂和酒精的变性剂等。
(1)工业上可利用CO2和H2生产甲醇,方程式如下:
CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(l)+H2O (g) △H=Q1kJ·mol-1
又查资料得知:①CH3OH(l)+1/2 O2(g)⇌CO2(g)+2H2(g) △H=Q2kJ·mol-1
②H2O(g)=H2O(l) △H= Q3kJ·mol-1
则表示甲醇的燃烧热的热化学方程式为_______ 。
(2)为除去饱和食盐水中的铵根离子,可在碱性条件下通入氯气,反应生成氮气。该反应的离子方程式为_______ 。
(3)过量氯气用Na2S2O3除去,反应中被氧化为。若过量的氯气为1×10-3mol,则理论上生成的为_______ mol。
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:
(4)写出甲中通入甲醇这一极的电极反应式_______ 。
(5)理论上乙中两极所得气体的体积随时间变化的关系如丙图所示(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)
(6)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。
(7)若使上述电解装置的电流强度达到5.0A,理论上每分钟应向负极通入气体的质量为_______ 克。(已知1个电子所带电量为1.6×10-19C,计算结果保留两位有效数字)
(1)工业上可利用CO2和H2生产甲醇,方程式如下:
CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(l)+H2O (g) △H=Q1kJ·mol-1
又查资料得知:①CH3OH(l)+1/2 O2(g)⇌CO2(g)+2H2(g) △H=Q2kJ·mol-1
②H2O(g)=H2O(l) △H= Q3kJ·mol-1
则表示甲醇的燃烧热的热化学方程式为
(2)为除去饱和食盐水中的铵根离子,可在碱性条件下通入氯气,反应生成氮气。该反应的离子方程式为
(3)过量氯气用Na2S2O3除去,反应中被氧化为。若过量的氯气为1×10-3mol,则理论上生成的为
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:
(4)写出甲中通入甲醇这一极的电极反应式
(5)理论上乙中两极所得气体的体积随时间变化的关系如丙图所示(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
(6)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
(7)若使上述电解装置的电流强度达到5.0A,理论上每分钟应向负极通入气体的质量为
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【推荐1】(g)和(g)可用于合成乙烯,可能发生的反应为:
I.
II.
请回答下列问题:
(1)反应I能自发进行,则_____ 0(填“<”或“>”或“=”),该反应在恒温恒容时达平衡状态的标志是_____ 。(填字母序号)
a.
b.容器内混合气体平均相对分子质量不变
c.
d.容器内的密度保持不变
(2)有催化剂存在时,反应I和反应II同时进行,的平衡转化率随温度和压强的变化如图所示。
①由图可知:0.1MPa下,200℃~550℃时以____ (填“反应I”或“反应II”)为主;一定温度和压强下,为了提高反应速率和乙烯的产率,可采取的措施为____ 。
②当温度大于800℃时,随着压强的增大,的平衡转化率减小,请解释原因____ 。
(3)用惰性电极电解强酸性二氧化碳水溶液也可得到乙烯,其原理如图所示。
①b电极上的电极反应式为_____ ;
②该装置中使用的是_____ (填“阴”或“阳”)离子交换膜。
I.
II.
请回答下列问题:
(1)反应I能自发进行,则
a.
b.容器内混合气体平均相对分子质量不变
c.
d.容器内的密度保持不变
(2)有催化剂存在时,反应I和反应II同时进行,的平衡转化率随温度和压强的变化如图所示。
①由图可知:0.1MPa下,200℃~550℃时以
②当温度大于800℃时,随着压强的增大,的平衡转化率减小,请解释原因
(3)用惰性电极电解强酸性二氧化碳水溶液也可得到乙烯,其原理如图所示。
①b电极上的电极反应式为
②该装置中使用的是
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【推荐2】含氮化合物在生活、生产、研究领域至关重要。回答下列问题:
已知:
Ⅰ.2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)H1=-483.6kJ·mol-1
Ⅱ.N2(g)+O2(g)2NO(g)H2=+180.5kJ·mol-1
Ⅲ.2H2(g)+2NO(g)N2(g)+2H2O(g)
(1)反应Ⅲ的正反应活化能为EakJ·mol-1,则逆反应活化能为___ kJ·mol-1(用含Ea的式子表示)。
(2)我国学者在刚性容器中按投料比=1发生反应Ⅲ,不同催化剂条件下,反应相同时间测得NO转化率与温度的关系,如图。
①下列能够说明该反应已达到化学平衡状态的是___ (填标号)。
A.2v逆(NO)=v正(N2)
B.混合气体的密度不再变化
C.容器内总压强不再变化
D.混合气体的平均相对分子质量不再变化
②使用催化剂乙时,NO转化率随温度升高先增大后减小的可能原因是___ 。
③研究表明该反应v=kcm(H2)c2(NO),其中k为速率常数,与温度、活化能有关。T1℃的初始速率为v0,当H2转化率为50%时,反应速率为,由此可知m=___ 。设此时反应的活化能为Ea',不同温度T1、T2条件下对应的速率常数分别为k1、k2,存在关系:lg=-(-)(R为常数)。据此推测:活化能越大,升高温度,速率常数增大倍数___ (填“越大”、“越小”或“不变”)。
(3)氨气可还原氮氧化物,工业上常利用反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)H<0合成氨气,在30MPa、不同物质的量分数(75%的H2和25%的N2;67.5%的H2、22.5%的N2和10%的惰性气体)条件下进行实验,测得平衡时,NH3体积分数与温度的关系如图。
物质的量分数为75%的H2和25%的N2对应的曲线是___ (填“a”或“b”)。
②M点,该反应的压强平衡常数Kp=___ (MPa)-2(用平衡分压代替平衡浓度,分压=总压×物质的量分数)。
已知:
Ⅰ.2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)H1=-483.6kJ·mol-1
Ⅱ.N2(g)+O2(g)2NO(g)H2=+180.5kJ·mol-1
Ⅲ.2H2(g)+2NO(g)N2(g)+2H2O(g)
(1)反应Ⅲ的正反应活化能为EakJ·mol-1,则逆反应活化能为
(2)我国学者在刚性容器中按投料比=1发生反应Ⅲ,不同催化剂条件下,反应相同时间测得NO转化率与温度的关系,如图。
①下列能够说明该反应已达到化学平衡状态的是
A.2v逆(NO)=v正(N2)
B.混合气体的密度不再变化
C.容器内总压强不再变化
D.混合气体的平均相对分子质量不再变化
②使用催化剂乙时,NO转化率随温度升高先增大后减小的可能原因是
③研究表明该反应v=kcm(H2)c2(NO),其中k为速率常数,与温度、活化能有关。T1℃的初始速率为v0,当H2转化率为50%时,反应速率为,由此可知m=
(3)氨气可还原氮氧化物,工业上常利用反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)H<0合成氨气,在30MPa、不同物质的量分数(75%的H2和25%的N2;67.5%的H2、22.5%的N2和10%的惰性气体)条件下进行实验,测得平衡时,NH3体积分数与温度的关系如图。
物质的量分数为75%的H2和25%的N2对应的曲线是
②M点,该反应的压强平衡常数Kp=
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【推荐3】CH4-CO2催化重整反应为:CH4(g)+CO2(g)⇌2CO(g)+2H2(g)。该原理不仅可以得到合成气(CO和H2),还对温室气体的减排具有重要意义。回答下列问题:
(1)已知:C(s)+2H2(g)=CH4(g)△H=-75kJ•mol-1
C(s)+O2(g)=CO2(g)△H=-394kJ•mol-1
C(s)+O2(g)=CO(g)△H=-111kJ•mol-1
①催化重整反应的△H=______ 。
②L(L1、L2)、X可分别代表压强或温度。如图表示L一定时,CH4-CO2催化重整反应中CH4(g)的平衡转化率随X 的变化关系。
X代表的物理量是______ ;判断L1、L2的大小关系L1______ L2填“”、“”或“”,并简述理由:______ 。
(2)某温度下,在体积为2L 的容器中加入2mol CH4、1molCO2以及催化剂进行重整反应,经过2min 达到平衡状态时测得CO2的转化率是50%。
①反应达到平衡状态的标志是______ 填字母。
A.单位时间内生成n mol的CH4的同时,生成n mol 的H2
B.c(CH4):c(CO2):c(CO):c(H2)=1:1:2:2
C.反应体系中气体的总物质的量不变
D.容器中的混合气体密度不再发生变化
②平均化学反应速率v(CH4)______ mol•L-1•min-1;其平衡常数为______ mol2•L-2;若其它条件不变增大压强,则合成反应的化学平衡常数______ 填“变大”、“变小”或“不变”。
③达到平衡后,其它条件不变时向反应容器中充入CO2和CO 各1mol,则化学平衡______ 移动填“正反应方向”、“逆反应方向”或“不”
(1)已知:C(s)+2H2(g)=CH4(g)△H=-75kJ•mol-1
C(s)+O2(g)=CO2(g)△H=-394kJ•mol-1
C(s)+O2(g)=CO(g)△H=-111kJ•mol-1
①催化重整反应的△H=
②L(L1、L2)、X可分别代表压强或温度。如图表示L一定时,CH4-CO2催化重整反应中CH4(g)的平衡转化率随X 的变化关系。
X代表的物理量是
(2)某温度下,在体积为2L 的容器中加入2mol CH4、1molCO2以及催化剂进行重整反应,经过2min 达到平衡状态时测得CO2的转化率是50%。
①反应达到平衡状态的标志是
A.单位时间内生成n mol的CH4的同时,生成n mol 的H2
B.c(CH4):c(CO2):c(CO):c(H2)=1:1:2:2
C.反应体系中气体的总物质的量不变
D.容器中的混合气体密度不再发生变化
②平均化学反应速率v(CH4)
③达到平衡后,其它条件不变时向反应容器中充入CO2和CO 各1mol,则化学平衡
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【推荐1】“氢经济”是“双碳”转型中非常关键的一环。大量安全制氢是关键技术之一。
方法一:工业上常用甲烷、水蒸气重整制备氢气,体系中发生如下反应:
反应①
反应②
(1)下列操作中,能提高平衡转化率的是_____。(双选)
(2)恒温条件下,1L密闭容器中,和反应达平衡时,的转化率为,的物质的量为,则反应①的平衡常数_____ 。(用、表示)
方法二:用与制备可以同时实现资源化利用,其反应历程如下:
反应①
反应②
已知:为吸附型活性炭。
(3)使用不同催化剂时,相同时间内测得的转化率随温度的变化如下图所示:
催化效果最佳的是催化剂_____ (选填“Ⅰ”、“Ⅱ”或“Ⅲ”),b点的_____ (选填“>”、“<”或“=”),c点转化率比a点低的可能原因是_____ 。(任写一点)
方法一:工业上常用甲烷、水蒸气重整制备氢气,体系中发生如下反应:
反应①
反应②
(1)下列操作中,能提高平衡转化率的是_____。(双选)
A.增大的浓度 | B.分离出 |
C.恒温恒压下通入惰性气体 | D.加入催化剂 |
(2)恒温条件下,1L密闭容器中,和反应达平衡时,的转化率为,的物质的量为,则反应①的平衡常数
方法二:用与制备可以同时实现资源化利用,其反应历程如下:
反应①
反应②
已知:为吸附型活性炭。
(3)使用不同催化剂时,相同时间内测得的转化率随温度的变化如下图所示:
催化效果最佳的是催化剂
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【推荐2】Ⅰ.硫在地壳中主要以硫化物、硫酸盐等形式存在,其单质和化合物在工农业生产中有着重要的应用。
(1)重晶石(BaSO4)高温煅烧可发生一系列反应,其中部分反应如下;
①BaSO4(s)+4C(s)=BaS(s)+4CO(g) ΔH=+571.2 kJ·mol-1
②BaS(s)=Ba(s)+S(s)ΔH=+460 kJ·mol-1
已知:③2C(s)+O2(g)=2CO(g)ΔH=-221kJ·mol-1
则:Ba(s)+S(s)+2O2(g)=BaSO4(s) ΔH =________________ 。
(2)利用下图所示装置(电极均为惰性电极)可吸收SO2,用阴极排出的溶液可吸收NO2。
①阳极的电极反应式为__________________ 。
②在碱性条件下,用阴极排出的溶液吸收NO2,使其转化为无害气体,同时有SO32-生成。该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为________________ 。
Ⅱ.乙炔(C2H2)在气焊、气割及有机合成中用途非常广泛,可由电石(CaC2)直接水化法或甲烷在1500℃左右气相裂解法生产。哈斯特研究得出当甲烷分解时,几种气体平衡时分压(Pa)与温度(℃)的关系如图所示。
(3)T2℃时,向1L恒容密闭容器中充入0.3molCH4只发生反应2CH4(g)C2H4(g)+2H2(g) ΔH,达到平衡时,测得c(C2H4)= c(CH4)。该反应的ΔH____ 0(填“>”或“<”),CH4的平衡转化率为_________ 。上述平衡状态某一时刻,若改变温度至T℃,CH4以0.01mol/(L·s)的平均速率增多,经ts后再次达到平衡,平衡时2c(C2H4) = c(CH4),则t=________ s。
(4)计算反应2CH4(g) =C2H2(g)+3H2(g)在图中A点温度时的平衡常数K=_________ (用平衡分压代替平衡浓度计算:lg≈-1.3)
(1)重晶石(BaSO4)高温煅烧可发生一系列反应,其中部分反应如下;
①BaSO4(s)+4C(s)=BaS(s)+4CO(g) ΔH=+571.2 kJ·mol-1
②BaS(s)=Ba(s)+S(s)ΔH=+460 kJ·mol-1
已知:③2C(s)+O2(g)=2CO(g)ΔH=-221kJ·mol-1
则:Ba(s)+S(s)+2O2(g)=BaSO4(s) ΔH =
(2)利用下图所示装置(电极均为惰性电极)可吸收SO2,用阴极排出的溶液可吸收NO2。
①阳极的电极反应式为
②在碱性条件下,用阴极排出的溶液吸收NO2,使其转化为无害气体,同时有SO32-生成。该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为
Ⅱ.乙炔(C2H2)在气焊、气割及有机合成中用途非常广泛,可由电石(CaC2)直接水化法或甲烷在1500℃左右气相裂解法生产。哈斯特研究得出当甲烷分解时,几种气体平衡时分压(Pa)与温度(℃)的关系如图所示。
(3)T2℃时,向1L恒容密闭容器中充入0.3molCH4只发生反应2CH4(g)C2H4(g)+2H2(g) ΔH,达到平衡时,测得c(C2H4)= c(CH4)。该反应的ΔH
(4)计算反应2CH4(g) =C2H2(g)+3H2(g)在图中A点温度时的平衡常数K=
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【推荐3】将工业废气中的CO和H2进行分离提纯,然后再综合利用是减小环境污染的有效方法,工业上可用废气中的CO和H2合成CH3OH,其合成反应方程式为:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g),当改变某一外界条件(温度或压强)时,CH3OH的平衡体积分数φ(CH3OH)变化趋势如图所示。回答下列问题:
(1)已知①CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) △H1=+41.2kJ•mol-1
②CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H2=-75.6kJ•mol-1
则③CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)△H=_____ 。
(2)在一密闭容器中按体积比1∶2充入CO和H2发生反应③,下列说法中正确的是_____ 。
(3)300℃时,向2L体积不变的密闭容器中充入1molCO和2molH2发生反应③,初始压强为P0,经过10min达到平衡状态,达到平衡时φ(CH3OH)对应M点。该温度下,用分压表示的平衡常数Kp=_____ 。
(4)已知a<b<c<d,e>f>g>h,X表示的是______ (填“温度”、“压强”),判断的理由是_____ 。
(5)已知反应③的反应速率表达式为v正=k正·c(CO)·c2(H2),v逆=k逆·c(CH3OH),其中,k正,k逆为速率常数,只与温度有关。达平衡后,在温度升高过程中_____ (填“增大”、“减小”、“不变”)。
(6)如图是电解CO2制取甲醇的装置图,写出阴极发生反应的电极反应式:_____ 。
(1)已知①CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) △H1=+41.2kJ•mol-1
②CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H2=-75.6kJ•mol-1
则③CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)△H=
(2)在一密闭容器中按体积比1∶2充入CO和H2发生反应③,下列说法中正确的是
A.当气体平均摩尔质量不再改变时,反应达到平衡状态 |
B.平衡后,恒温恒容下,通入H2,会提高CO的转化率 |
C.平衡后,恒容下降低温度,再次平衡后气体中CH3OH(g)的体积分数减小 |
D.平衡后,保持温度不变缩小容器体积,平衡正向移动,平衡常数增大 |
(4)已知a<b<c<d,e>f>g>h,X表示的是
(5)已知反应③的反应速率表达式为v正=k正·c(CO)·c2(H2),v逆=k逆·c(CH3OH),其中,k正,k逆为速率常数,只与温度有关。达平衡后,在温度升高过程中
(6)如图是电解CO2制取甲醇的装置图,写出阴极发生反应的电极反应式:
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【推荐1】(1) 用O2将HCl转化为Cl2,可提高效益,减少污染。新型RuO2催化剂对上述HCl转化为Cl2的总反应[2HCl(g)+O2H2O(g)+Cl2(g) ΔH]具有更好的催化活性,
①实验测得在一定压强下,总反应的HCl平衡转化率随温度变化的αHCl~T曲线如下图:
则总反应的ΔH________ 0(填“>”、“=”或“<”);A、B两点的平衡常数K(A)与K(B)中较大的是________ 。
②在上述实验中若压缩体积使压强增大,画出相应αHCl~T曲线的示意图____ ,并简要说明理由_______________________________ 。
③下列措施中,有利于提高αHCl的有________ 。
A.增大n(HCl) B.增大n(O2) C.使用更好的催化剂 D.移去H2O
(2)甲醇既是重要的化工原料,又可作为燃料,利用合成气(主要成分为CO、CO2和H2)在催化剂作用下合成甲醇,发生的主要反应如下:①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH1 ②CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)ΔH2 ③CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)ΔH3,回答下列问题:
①反应①的化学平衡常数K表达式为________ ;图中能正确反映平衡常数K随温度变化关系的曲线为________ (填曲线标记字母),其判断理由是________ 。
②合成气组成时,体系中的CO平衡转化率(α)与温度和压强的关系如图所示。α(CO)值随温度升高而________ (填“增大”或“减小”),其原因是________________________________ ;图中的压强由大到小为________ ,其判断理由是________________ 。
(3)丁烯是一种重要的化工原料,可由丁烷催化脱氢制备。回答下列问题:
①正丁烷(C4H10)脱氢制1-丁烯(C4H8)的热化学方程式如下:①C4H10(g)= C4H8(g)+H2(g) ΔH1,已知:②C4H10(g)+O2(g)= C4H8(g)+H2O(g) ΔH2=-119 kJ·mol-1③H2(g)+O2(g)= H2O(g) ΔH3=-242 kJ·mol-1,反应①的ΔH1为________ kJ·mol-1。图(a)是反应①平衡转化率与反应温度及压强的关系图,x_____________ 0.1(填“大于”或“小于”);欲使丁烯的平衡产率提高,应采取的措施是__________ (填标号)。
A.升高温度 B.降低温度 C.增大压强 D.降低压强
②丁烷和氢气的混合气体以一定流速通过填充有催化剂的反应器(氢气的作用是活化催化剂),出口气中含有丁烯、丁烷、氢气等。图(b)为丁烯产率与进料气中的关系。图中曲线呈现先升高后降低的变化趋势,其降低的原因是___________ 。
③图(c)为反应产率和反应温度的关系曲线,副产物主要是高温裂解生成的短碳链烃类化合物。丁烯产率在590 ℃之前随温度升高而增大的原因可能是___________ 、____________ ;590℃之后,丁烯产率快速降低的主要原因可能是_____________ 。
①实验测得在一定压强下,总反应的HCl平衡转化率随温度变化的αHCl~T曲线如下图:
则总反应的ΔH
②在上述实验中若压缩体积使压强增大,画出相应αHCl~T曲线的示意图
③下列措施中,有利于提高αHCl的有
A.增大n(HCl) B.增大n(O2) C.使用更好的催化剂 D.移去H2O
(2)甲醇既是重要的化工原料,又可作为燃料,利用合成气(主要成分为CO、CO2和H2)在催化剂作用下合成甲醇,发生的主要反应如下:①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH1 ②CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)ΔH2 ③CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)ΔH3,回答下列问题:
①反应①的化学平衡常数K表达式为
②合成气组成时,体系中的CO平衡转化率(α)与温度和压强的关系如图所示。α(CO)值随温度升高而
(3)丁烯是一种重要的化工原料,可由丁烷催化脱氢制备。回答下列问题:
①正丁烷(C4H10)脱氢制1-丁烯(C4H8)的热化学方程式如下:①C4H10(g)= C4H8(g)+H2(g) ΔH1,已知:②C4H10(g)+O2(g)= C4H8(g)+H2O(g) ΔH2=-119 kJ·mol-1③H2(g)+O2(g)= H2O(g) ΔH3=-242 kJ·mol-1,反应①的ΔH1为
A.升高温度 B.降低温度 C.增大压强 D.降低压强
②丁烷和氢气的混合气体以一定流速通过填充有催化剂的反应器(氢气的作用是活化催化剂),出口气中含有丁烯、丁烷、氢气等。图(b)为丁烯产率与进料气中的关系。图中曲线呈现先升高后降低的变化趋势,其降低的原因是
③图(c)为反应产率和反应温度的关系曲线,副产物主要是高温裂解生成的短碳链烃类化合物。丁烯产率在590 ℃之前随温度升高而增大的原因可能是
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较难
(0.4)
解题方法
【推荐2】与的干法重整(DRM)反应可制备和。体系内发生的反应如下:
反应Ⅰ:
反应Ⅱ:
反应Ⅲ:
(1)___________ (填含、的表达式)。
(2)向密闭容器中通入3和1,若仅考虑发生上述三个反应,平衡时、、、的物质的量随温度T的变化如图1所示。
①曲线x、z分别表示___________ 、___________ (填化学式)的物质的量变化,900K后随温度升高,曲线y(表示)基本保持平稳的原因为___________ 。
②900K时,的物质的量分数为___________ (填含a的表达式,下同),反应Ⅲ的平衡常数___________ 。
(3)使用复合催化剂,可显著提高二氧化碳的转化率,实现碳氢分离,并得到富含的产物,催化机理如图2所示。
某化学兴趣小组用化学方程式解释碳氢分离的原理:、、___________ 、___________ (补齐另两个化学方程式)。
反应Ⅰ:
反应Ⅱ:
反应Ⅲ:
(1)
(2)向密闭容器中通入3和1,若仅考虑发生上述三个反应,平衡时、、、的物质的量随温度T的变化如图1所示。
①曲线x、z分别表示
②900K时,的物质的量分数为
(3)使用复合催化剂,可显著提高二氧化碳的转化率,实现碳氢分离,并得到富含的产物,催化机理如图2所示。
某化学兴趣小组用化学方程式解释碳氢分离的原理:、、
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较难
(0.4)
解题方法
【推荐3】含氮化合物广泛存在于自然界,是一类常见的化合物。
(1)汽车尾气是城市空气的主要污染物之一,汽车内燃机工作时发生反应:,可以催化还原以达到消除污染的目的。
已知反应Ⅰ、,;
Ⅱ、,。
写出与反应生成和的热化学方程式:___________ ,该反应自发进行的条件为___________ (填“高温”或“低温”)。
(2)已知当固体催化剂的质量一定时,增大其表面积可提高化学反应速率。如图所示为其他条件不变时,反应中随温度(T)、催化剂表面积(S)和时间(t)的变化曲线。
①该反应的___________ (填“>”或“<”)0。
②若催化剂的表面积,在该图中画出该反应在、条件下达到平衡过程中的变化曲线___________ 。
(3)尿素是一种重要的化工原料,工业上可用氨和二氧化碳合成尿素:,。一定条件下,向10L恒容密闭容器中充入和。
①该反应后达到平衡,测得容器中气体密度为,则平衡常数___________ 。
②达到平衡后,再向容器中加入和,则再次达到平衡时反应物的转化率___________ (填“增大”“减小”或“不变”)。
③若第一次达到平衡后,再向容器中加入和,则平衡___________ (填“正向”“逆向”或“不”)移动。
(1)汽车尾气是城市空气的主要污染物之一,汽车内燃机工作时发生反应:,可以催化还原以达到消除污染的目的。
已知反应Ⅰ、,;
Ⅱ、,。
写出与反应生成和的热化学方程式:
(2)已知当固体催化剂的质量一定时,增大其表面积可提高化学反应速率。如图所示为其他条件不变时,反应中随温度(T)、催化剂表面积(S)和时间(t)的变化曲线。
①该反应的
②若催化剂的表面积,在该图中画出该反应在、条件下达到平衡过程中的变化曲线
(3)尿素是一种重要的化工原料,工业上可用氨和二氧化碳合成尿素:,。一定条件下,向10L恒容密闭容器中充入和。
①该反应后达到平衡,测得容器中气体密度为,则平衡常数
②达到平衡后,再向容器中加入和,则再次达到平衡时反应物的转化率
③若第一次达到平衡后,再向容器中加入和,则平衡
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