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
更新时间:2024-03-24 08:27:50
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【推荐1】乙醇与水催化反应可以制得氢气。
(1)已知: ,回答下列问题:
①升温,平衡_______ 移动(填“向左”、“向右”、“不”);
②与原平衡相比较,增大压强,新平衡时_______ (填“增大”、“减小”、“不变”,下同);
③恒温、恒容条件下。加入水蒸气,转化率_______ ;
④恒温、恒压条件下,加入稀有气体,体积分数_______ 。
(2)乙醇与水催化制氢同时发生以下三个反应,回答下列问题:
反应I:
反应II:
反应III:
则_______ 。
(3)压强为100kPa,的平衡产率与温度、起始时的关系如图所示,x、y、z三条曲线上的点都代表在不同条件下的平衡产率,且每条曲线上的平衡产率相同,如: A、B两点的平衡产率相等,B、C两点的平衡产率不相等。
的平衡产率:B点_______ C点(填“>”或“<”)。
(4)恒容条件下,将和投入密闭容器中发生上述三个反应,平衡时的选择性、平衡时CO的选择性、平衡时乙醇的转化率随温度的变化曲线如图所示。
【已知:CO的选择性】
①表示乙醇转化率的曲线是_______ (填“a”、“b”或“c”)。
②573K时,反应II的压强平衡常数_______ 。(已知:分压=总压该组分物质的量分数,计算结果保留整数。)
(1)已知: ,回答下列问题:
①升温,平衡
②与原平衡相比较,增大压强,新平衡时
③恒温、恒容条件下。加入水蒸气,转化率
④恒温、恒压条件下,加入稀有气体,体积分数
(2)乙醇与水催化制氢同时发生以下三个反应,回答下列问题:
反应I:
反应II:
反应III:
则
(3)压强为100kPa,的平衡产率与温度、起始时的关系如图所示,x、y、z三条曲线上的点都代表在不同条件下的平衡产率,且每条曲线上的平衡产率相同,如: A、B两点的平衡产率相等,B、C两点的平衡产率不相等。
的平衡产率:B点
(4)恒容条件下,将和投入密闭容器中发生上述三个反应,平衡时的选择性、平衡时CO的选择性、平衡时乙醇的转化率随温度的变化曲线如图所示。
【已知:CO的选择性】
①表示乙醇转化率的曲线是
②573K时,反应II的压强平衡常数
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解题方法
【推荐2】甲醇、二甲醚(CH3OCH3)是一种可再生能源,具有广泛的开发和应用前景。工业上一般采用下列两种反应合成甲醇。
反应Ⅰ:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH1
反应Ⅱ:CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ΔH2
下表所列数据是反应Ⅰ在不同温度下的化学平衡常数(KⅠ):
(1)在一定条件下将2 mol CO和6 mol H2充入2 L的密闭容器中发生反应Ⅰ,5 min后测得c(CO)=0.4 mol·L-1,计算可得此段时间的反应速率(用H2表示)为___________ mol·L-1·min-1。
(2)由表中数据判断ΔH1___________ (填“>”“<”或“=”)0;反应CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH3=___________ (用ΔH1和ΔH2表示)。
(3)若容器容积不变,则下列措施可提高反应Ⅰ中CO转化率的是___________ (填序号)。
a.充入CO,使体系总压强增大 b.将CH3OH(g)从体系中分离
c.充入He,使体系总压强增大 d.使用高效催化剂
(4)T1K时,将1mol CH3OCH3引入一个抽真空的150L恒容密闭容器中,发生分解反应:CH3OCH3(g)CH4(g)+H2(g)+CO(g),在不同时间测定容器内的总压,所得数据见下表,
①反应达到平衡后,若升高温度,CH3OCH3的浓度增大,则该反应为___________ 反应(填“放热”或“吸热”)。由表中数据计算,反应达平衡时,二甲醚的分解率为___________ ,该温度下平衡常数Kc=___________ 。
②在T2K、1.0X104 kPa下,等物质的量的CO与CH4混合气体发生如下反应:CO(g) +CH4(g) = CH3CHO(g),反应速率,、分别为正、逆向反应速率常数,p为气体的分压(气体分压p=气体总压p总X体积分数)。用气体分压表示的平衡常数Kp = 4.5×10-5 (kPa)-1,则CO的转化率为20%时,___________ 。
反应Ⅰ:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH1
反应Ⅱ:CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ΔH2
下表所列数据是反应Ⅰ在不同温度下的化学平衡常数(KⅠ):
温度 | 250 ℃ | 300 ℃ | 350 ℃ |
KⅠ | 2.0 | 0.27 | 0.012 |
(2)由表中数据判断ΔH1
(3)若容器容积不变,则下列措施可提高反应Ⅰ中CO转化率的是
a.充入CO,使体系总压强增大 b.将CH3OH(g)从体系中分离
c.充入He,使体系总压强增大 d.使用高效催化剂
(4)T1K时,将1mol CH3OCH3引入一个抽真空的150L恒容密闭容器中,发生分解反应:CH3OCH3(g)CH4(g)+H2(g)+CO(g),在不同时间测定容器内的总压,所得数据见下表,
反应时间t/min | 0 | 6.5 | 13.0 | 26.5 | 52.6 | ∞ |
气体总压p总/kPa | 50.0 | 55.0 | 65.0 | 83.2 | 103.8 | 125.0 |
②在T2K、1.0X104 kPa下,等物质的量的CO与CH4混合气体发生如下反应:CO(g) +CH4(g) = CH3CHO(g),反应速率,、分别为正、逆向反应速率常数,p为气体的分压(气体分压p=气体总压p总X体积分数)。用气体分压表示的平衡常数Kp = 4.5×10-5 (kPa)-1,则CO的转化率为20%时,
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【推荐3】【加试题】甲醇水蒸气重整制氢(SRM)是用于驱动电动汽车的质子交换膜燃料电池的理想氢源,当 前研究主要集中在提高催化剂活性和降低尾气中CO含量,以免使燃料电池Pt电极中毒。重整过程发生的反应如下:
反应I CH3OH(g)+H2O(g)CO2(g)+3H2(g) ΔH1
反应Ⅱ CH3OH(g)CO(g)+2H2(g) ΔH2
反应Ⅲ.CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH3
其对应的平衡常数分别为K1、K2、K3,其中K2、K3随温度变化如下表所示:
请回答:
(1)反应Ⅱ能够自发进行的条件_______ (填 “低温”、“高温”或“任何温度”), ΔH1____ ΔH3(填 “>”、“<”或 “=” )。
(2)相同条件下,甲醇水蒸气重整制氢较甲醇直接分解制氢(反应Ⅱ)的先进之处在于_________ 。
(3)在常压、CaO催化下,CH3OH和H2O混和气体(体积比1∶1.2,总物质的量2.2mol)进行反应,tl时刻测得 CH3OH转化率及CO、CO2选择性随温度变化情况分别如图所示(CO、CO2的选择性:转化的CH3OH中生成CO、CO2的百分比)。
注:曲线a表示CH3OH的转化率,曲线b表示CO的选择性,曲线c表示 CO2的选择性
① 下列说法不正确的是_____ 。
A.反应适宜温度为300℃
B.工业生产通 常在负压条件下进行甲醇水蒸气重整
C.已知 CaO催化剂具有更高催化活性,可提高甲醇平衡转化率
D.添加CaO的复合催化剂可提高氢气产率
② 260℃ 时H2物质的量随时间的变化曲线如图所示。画出300℃时至t1时刻H2物质的量随时间的变化曲线_____ 。
(4)副产物CO2可以在酸性水溶液中电解生成甲酸,生成甲酸的电极反应式是_________ 。
反应I CH3OH(g)+H2O(g)CO2(g)+3H2(g) ΔH1
反应Ⅱ CH3OH(g)CO(g)+2H2(g) ΔH2
反应Ⅲ.CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH3
其对应的平衡常数分别为K1、K2、K3,其中K2、K3随温度变化如下表所示:
125℃ | 225℃ | 325℃ | |
K2 | 0.5535 | 185.8 | 9939.5 |
K3 | 1577 | 137.5 | 28.14 |
请回答:
(1)反应Ⅱ能够自发进行的条件
(2)相同条件下,甲醇水蒸气重整制氢较甲醇直接分解制氢(反应Ⅱ)的先进之处在于
(3)在常压、CaO催化下,CH3OH和H2O混和气体(体积比1∶1.2,总物质的量2.2mol)进行反应,tl时刻测得 CH3OH转化率及CO、CO2选择性随温度变化情况分别如图所示(CO、CO2的选择性:转化的CH3OH中生成CO、CO2的百分比)。
注:曲线a表示CH3OH的转化率,曲线b表示CO的选择性,曲线c表示 CO2的选择性
① 下列说法不正确的是
A.反应适宜温度为300℃
B.工业生产通 常在负压条件下进行甲醇水蒸气重整
C.已知 CaO催化剂具有更高催化活性,可提高甲醇平衡转化率
D.添加CaO的复合催化剂可提高氢气产率
② 260℃ 时H2物质的量随时间的变化曲线如图所示。画出300℃时至t1时刻H2物质的量随时间的变化曲线
(4)副产物CO2可以在酸性水溶液中电解生成甲酸,生成甲酸的电极反应式是
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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】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3】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
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【推荐1】2017年5月18日,中国国土资源部地质调查局宣布,我国在南海进行的可燃冰试采获得成功,成为全球第一个海域试采可燃冰成功的国家,可燃冰即天然气水合物,甲烷含量占80%至99.9%。化工生产中用甲烷和水蒸气反应得到以CO和H2为主的混合气体,这种混合气体可用于生产甲醇或合成氨,回答下列问题:
(1)对甲烷而言,有如下两个主要反应:
①CH4(g)+1/2O2(g)=CO(g)+2H2(g) △H1=-36kJ·mol-1
②CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g) △H2=+216kJ·mol-1
若不考虑热量耗散,物料转化率均为100%,最终炉中出来的气体只有CO、H2,为维持热平衡,每生产lmolCO,转移电子的数目为__________ 。
(2)甲醇是一种用途广泛的化工原料,工业上常用下列两种反应制备甲醇:
CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g) △H1=-90kJ·mol-1K1
CO2(g)+3H2(g)= CH3OH(g)+H2O(l) △H2K2
已知: CO(g)+H2O(g)= CO2(g)+H2(g) △H3=-41.1kJ·mol-1K3
H2O(l)=H2O(g) △H4=+44.0kJ·mol-1K4
则△H2=______ K2=_______ (用含K1、K3、K 4的代数式表示)
(3)在一恒温恒容密闭容器中充入1molCO2和3molH2模拟工业合成甲醇的反应:CO2(g)十3H2(g)CH3OH(g)十H2O(g)
①下列能说明该反应已达到平衡状态的是______________________ 。
A.混合气体平均相对分子质量不变 B.混合气体密度不变
C.容器内压强恒定不变 D.反应速率满足以下关系:V正(CO2)=3V逆(H2)
E.CO2、H2、CH3OH、H2O物质的量浓度之比为1:3:1:1
F.单位时间内断裂3NAH-H键的同时形成2molH-O键
②模拟过程中测得CO2和CH3OH(g)浓度随时间变化如图所示,若此时容器内压强为P,则用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数KP为_____________ (用含P的代数式表示,数值保留两位小数),若此时再向容器内充入0.25molCO2和0.25molCH3OH的混合气体,则平衡______ (填“正向“逆向“不”)移动。(已知:气体分压=气体总压×体积分数)
(4)甲醇可在电解银催化作用下制甲醛,从贵金属阳极泥中可提取“粗银”“粗银”(含Ag、Cu、Au)可用电解槽电解精炼,纯银作阴极,采用AgNO3和稀HNO3的混合液作电解液,阴极的主要电极反应式为_____ 。阴极还有少量副反应发生,产生的气体遇空气迅速变为红棕色,该副反应的电极反应式为_______ 。硝酸浓度不能过大,其原因是___________________________________________ 。
(1)对甲烷而言,有如下两个主要反应:
①CH4(g)+1/2O2(g)=CO(g)+2H2(g) △H1=-36kJ·mol-1
②CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g) △H2=+216kJ·mol-1
若不考虑热量耗散,物料转化率均为100%,最终炉中出来的气体只有CO、H2,为维持热平衡,每生产lmolCO,转移电子的数目为
(2)甲醇是一种用途广泛的化工原料,工业上常用下列两种反应制备甲醇:
CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g) △H1=-90kJ·mol-1K1
CO2(g)+3H2(g)= CH3OH(g)+H2O(l) △H2K2
已知: CO(g)+H2O(g)= CO2(g)+H2(g) △H3=-41.1kJ·mol-1K3
H2O(l)=H2O(g) △H4=+44.0kJ·mol-1K4
则△H2=
(3)在一恒温恒容密闭容器中充入1molCO2和3molH2模拟工业合成甲醇的反应:CO2(g)十3H2(g)CH3OH(g)十H2O(g)
①下列能说明该反应已达到平衡状态的是
A.混合气体平均相对分子质量不变 B.混合气体密度不变
C.容器内压强恒定不变 D.反应速率满足以下关系:V正(CO2)=3V逆(H2)
E.CO2、H2、CH3OH、H2O物质的量浓度之比为1:3:1:1
F.单位时间内断裂3NAH-H键的同时形成2molH-O键
②模拟过程中测得CO2和CH3OH(g)浓度随时间变化如图所示,若此时容器内压强为P,则用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数KP为
(4)甲醇可在电解银催化作用下制甲醛,从贵金属阳极泥中可提取“粗银”“粗银”(含Ag、Cu、Au)可用电解槽电解精炼,纯银作阴极,采用AgNO3和稀HNO3的混合液作电解液,阴极的主要电极反应式为
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【推荐2】I.金属有机骨架化合物(MOFs)能高效选择性吸附NO2和N2O4,遇水后将氮氧化合物转化为HNO3.此过程在相同条件下存在如下平衡:
①
②
③
(1)___________ (用含、、的式子表示)
(2)反应②在恒温恒压体系中,下列选项中能说明其已达到平衡的是________
II. NaClO溶液脱硝时将氮元素氧化成最高价态
(3)在恒容体系内的不同温度下,尾气脱硝的反应中NO的平衡分压p如图1所示。由图分析可知,反应温度升高,脱硝反应的平衡常数___________ (填“增大”“不变”或“减小”)
NO转化为的转化率随NaClO溶液初始pH的变化如图2所示,NaClO溶液的初始pH越小,NO的转化率越高。其原因是___________ 。
III.臭氧脱硝存在如下两个反应:
a. ;
b. 。
(4)T℃时,将NO2和O3混合气体以物质的量之比2:1充入一个2L恒容密闭容器中发生上述反应,测得NO2的物质的量浓度随时间变化关系如下表。
若起始压强为P0,T℃下反应达到平衡时,N2O4的分压与N2O5的分压相等,则O3的体积分数=___________ (保留两位有效数字),反应b平衡常数Kp=___________ (用含P0式子表示,Kp为用平衡分压表示的平衡常数,即用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压物质的量分数)。
IV.电化学方法脱硝是将尾气脱硝反应设计成燃料电池,其原理如图。
(5)该电池在使用过程中石墨b电极上生成氧化物M,则石墨a电极上的电极反应方程式为___________ 。
①
②
③
(1)
(2)反应②在恒温恒压体系中,下列选项中能说明其已达到平衡的是________
A.混合气体的平均相对分子质量不再发生变化 |
B. |
C.颜色不再发生变化 |
D.混合气体的密度不变 |
II. NaClO溶液脱硝时将氮元素氧化成最高价态
(3)在恒容体系内的不同温度下,尾气脱硝的反应中NO的平衡分压p如图1所示。由图分析可知,反应温度升高,脱硝反应的平衡常数
NO转化为的转化率随NaClO溶液初始pH的变化如图2所示,NaClO溶液的初始pH越小,NO的转化率越高。其原因是
III.臭氧脱硝存在如下两个反应:
a. ;
b. 。
(4)T℃时,将NO2和O3混合气体以物质的量之比2:1充入一个2L恒容密闭容器中发生上述反应,测得NO2的物质的量浓度随时间变化关系如下表。
t/s | 0 | 2 | 4 | 6 | 8 | 10 | 12 |
c(NO2)/() | 2.0 | 1.4 | 1.0 | 0.70 | 0.50 | 0.40 | 0.40 |
IV.电化学方法脱硝是将尾气脱硝反应设计成燃料电池,其原理如图。
(5)该电池在使用过程中石墨b电极上生成氧化物M,则石墨a电极上的电极反应方程式为
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(0.15)
【推荐3】醋酸由于成本较低,在生产中被广泛应用。
(1)写出醋酸在水溶液中的电离方程式_______________ 。若某温度下,CH3COOH(aq)与NaOH(aq)反应的△H=" -" 46.8kJ·mol-1,HCl(aq)与NaOH(aq)反应的△H=" -" 55.6 kJ·mol-1,则CH3COOH在水溶液中电离的△H=__________ kJ·mol-1。
(2)某温度下,实验测得0.1mol·L-1醋酸电离度约为1.5%,则该温度下0.1mol·L-1CH3COOH的电离平衡常数K=________ (列出计算式,已知电离度)
(3)近年来化学家研究开发出用乙烯和乙酸为原料、杂多酸作催化剂合成乙酸乙酯的新工艺,不必生产乙醇或乙醛做中间体,使产品成本降低,具有明显经济优势。其合成的基本反应如下:
下列描述能说明乙烯与乙酸合成乙酸乙酯的反应已达化学平衡的是________________ 。
(4)在n(乙烯)与n(乙酸)物料比为1的条件下,某研究小组在不同压强下进行了在相同时间点乙酸乙酯的产率随温度的变化的测定实验,实验结果如图所示。回答下列问题:
① 温度在60~80℃范围内,乙烯与乙酸酯化合成反应速率由大到小的顺序是________ [用(P1)、(P2)、(P3)分别表示不同压强下的反应速率],分析其原因为____________ 。
②压强为P1MPa、温度60℃时,若乙酸乙酯的产率为30℅,则此时乙烯的转化率为_______ 。
③在压强为P1MPa、温度超过80℃时,乙酸乙酯产率下降的原因可能是_________ 。
④根据测定实验结果分析,较适宜的生产条件是_______ (填出合适的压强和温度)。为提高乙酸乙酯的合成速率和产率,可以采取的措施有_________ (任写出一条)。
(1)写出醋酸在水溶液中的电离方程式
(2)某温度下,实验测得0.1mol·L-1醋酸电离度约为1.5%,则该温度下0.1mol·L-1CH3COOH的电离平衡常数K=
(3)近年来化学家研究开发出用乙烯和乙酸为原料、杂多酸作催化剂合成乙酸乙酯的新工艺,不必生产乙醇或乙醛做中间体,使产品成本降低,具有明显经济优势。其合成的基本反应如下:
下列描述能说明乙烯与乙酸合成乙酸乙酯的反应已达化学平衡的是
A.乙烯、乙酸、乙酸乙酯的浓度相同 |
B.酯化合成反应的速率与酯分解反应的速率相等 |
C.乙烯断开1mol碳碳双键的同时乙酸恰好消耗1mol |
D.体系中乙烯的百分含量一定 |
(4)在n(乙烯)与n(乙酸)物料比为1的条件下,某研究小组在不同压强下进行了在相同时间点乙酸乙酯的产率随温度的变化的测定实验,实验结果如图所示。回答下列问题:
① 温度在60~80℃范围内,乙烯与乙酸酯化合成反应速率由大到小的顺序是
②压强为P1MPa、温度60℃时,若乙酸乙酯的产率为30℅,则此时乙烯的转化率为
③在压强为P1MPa、温度超过80℃时,乙酸乙酯产率下降的原因可能是
④根据测定实验结果分析,较适宜的生产条件是
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解题方法
【推荐1】1-丁烯是仅次于乙烯和丙烯的重要石油化工基本原料,可以利用正丁烷催化脱氢制备,催化脱氢又分为无氧催化脱氢和有氧催化脱氢。实际化工生产中需对反应条件(催化剂、温度等)进行探究,以获取最佳效益。
已知:I.温度过高会引发正丁烷裂解生成低碳烃类的副反应。
II.产物收率=生成某产物的原料量/投入的原料量×100%。
(1)利用正丁烷无氧催化脱氢制备1-丁烯反应原理如下:
CH3CH2CH2CH3H2C=CHCH2CH3+H2 ΔH
已知CH3 CH2CH2CH3、CH2 =CHCH2CH3、H2的燃烧热分别为2 878 kJ/mol、2 720 kJ/mol、286 kJ/mol,计算ΔH=___________ 。
(2)无氧催化脱氢用Pt系催化剂时,正丁烷单位时间转化率和1-丁烯选择性如表所示。
①仅从1-丁烯选择性的角度考虑,应选择的催化剂为___________ (填催化剂序号,下同)。
②工业上,从1-丁烯单位时间收率的角度考虑,应选择的最佳催化剂为___________ 。
(3)其他条件相同,30 min时测得正丁烷转化率、1-丁烯收率随温度的变化关系如图所示。
温度高于590 ℃时1-丁烯收率降低的原因是_________________ 。
(4)有氧催化脱氢通常选择O2或CO2为氧化剂,VOx-MgO为催化剂,反应原理如下:
2CH3CH2CH2CH3+O2 2CH2 =CHCH2CH3 +2H2O i
CH3 CH2CH2CH3+CO2H2C=CHCH2CH3+H2O+CO ii
一定温度下,在体积为10 L的恒容密闭容器中,加入10 mol CH3CH2CH2CH3、7 mol O2、3 mol CO2进行反应i和ii.测得初始压强为20kPa,经过10h,反应达到平衡,此时压强变成25kPa,其中O2的体积分数为16%。回答下列问题:
①v(O2)=___________ kPa/h (用O2分压表示速率)。
②该温度下,反应ii的平衡常数Kp=___________ kPa。
③O2为氧化剂时,1-丁烯的选择性明显低于CO2为氧化剂时的选择性,分析可能原因:______________ 。
已知:I.温度过高会引发正丁烷裂解生成低碳烃类的副反应。
II.产物收率=生成某产物的原料量/投入的原料量×100%。
(1)利用正丁烷无氧催化脱氢制备1-丁烯反应原理如下:
CH3CH2CH2CH3H2C=CHCH2CH3+H2 ΔH
已知CH3 CH2CH2CH3、CH2 =CHCH2CH3、H2的燃烧热分别为2 878 kJ/mol、2 720 kJ/mol、286 kJ/mol,计算ΔH=
(2)无氧催化脱氢用Pt系催化剂时,正丁烷单位时间转化率和1-丁烯选择性如表所示。
催化剂 | 单位时间转化率/% | 1-丁烯选择性/% |
催化剂1:PtSn/γ-Al2O3 | 23.0 | 92.0 |
催化剂2:PtSnSr0.2/γ-Al2O3 | 38.5 | 88.1 |
催化剂3:PtSn(0.3%)/MgAl2O4 | 27.0 | 98.9 |
②工业上,从1-丁烯单位时间收率的角度考虑,应选择的最佳催化剂为
(3)其他条件相同,30 min时测得正丁烷转化率、1-丁烯收率随温度的变化关系如图所示。
温度高于590 ℃时1-丁烯收率降低的原因是
(4)有氧催化脱氢通常选择O2或CO2为氧化剂,VOx-MgO为催化剂,反应原理如下:
2CH3CH2CH2CH3+O2 2CH2 =CHCH2CH3 +2H2O i
CH3 CH2CH2CH3+CO2H2C=CHCH2CH3+H2O+CO ii
一定温度下,在体积为10 L的恒容密闭容器中,加入10 mol CH3CH2CH2CH3、7 mol O2、3 mol CO2进行反应i和ii.测得初始压强为20kPa,经过10h,反应达到平衡,此时压强变成25kPa,其中O2的体积分数为16%。回答下列问题:
①v(O2)=
②该温度下,反应ii的平衡常数Kp=
③O2为氧化剂时,1-丁烯的选择性明显低于CO2为氧化剂时的选择性,分析可能原因:
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(0.15)
【推荐2】通过电化学、热化学等方法,将转化为等化学品,是实现“双碳”目标的途径之一。请回答:
(1)某研究小组采用电化学方法将转化为,装置如图。电极B上的电极反应式是_______ 。(2)该研究小组改用热化学方法,相关热化学方程式如下:
:
Ⅱ:
Ⅲ:
①_______ 。
②反应Ⅲ在恒温、恒容的密闭容器中进行,和的投料浓度均为,平衡常数,则的平衡转化率为_______ 。
③用氨水吸收,得到氨水和甲酸铵的混合溶液,时该混合溶液的_______ 。[已知:时,电离常数、]
(3)为提高效率,该研究小组参考文献优化热化学方法,在如图密闭装置中充分搅拌催化剂M的(有机溶剂)溶液,和在溶液中反应制备,反应过程中保持和的压强不变,总反应的反应速率为v,反应机理如下列三个基元反应,各反应的活化能(不考虑催化剂活性降低或丧失)。
Ⅳ:
V:
VI: ①催化剂M足量条件下,下列说法正确的是_______ 。
A.v与的压强无关 B.v与溶液中溶解的浓度无关
C.温度升高,v不一定增大 D.在溶液中加入,可提高转化率
②实验测得:,下,v随催化剂M浓度c变化如图。时,v随c增大而增大:时,v不再显著增大。请解释原因_______ 。
(1)某研究小组采用电化学方法将转化为,装置如图。电极B上的电极反应式是
:
Ⅱ:
Ⅲ:
①
②反应Ⅲ在恒温、恒容的密闭容器中进行,和的投料浓度均为,平衡常数,则的平衡转化率为
③用氨水吸收,得到氨水和甲酸铵的混合溶液,时该混合溶液的
(3)为提高效率,该研究小组参考文献优化热化学方法,在如图密闭装置中充分搅拌催化剂M的(有机溶剂)溶液,和在溶液中反应制备,反应过程中保持和的压强不变,总反应的反应速率为v,反应机理如下列三个基元反应,各反应的活化能(不考虑催化剂活性降低或丧失)。
Ⅳ:
V:
VI: ①催化剂M足量条件下,下列说法正确的是
A.v与的压强无关 B.v与溶液中溶解的浓度无关
C.温度升高,v不一定增大 D.在溶液中加入,可提高转化率
②实验测得:,下,v随催化剂M浓度c变化如图。时,v随c增大而增大:时,v不再显著增大。请解释原因
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【推荐3】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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