哈伯法合成氨需要高温高压,为降低能耗,过渡金属催化合成氨被认为是前景巨大的替代方法。催化过程一般有吸附、解离、反应、脱附等过程,以下图示为和在过渡金属催化剂表面合成氨反应历程的势能图(部分数据略),其中“*”表示被催化剂吸附。
(1)mol (g)、mol(g)变成活化分子需要吸收
(2)合成氨的捷姆金和佩热夫速率方程式为:(w为反应的瞬时总速率,为正反应和逆反应速率之差,、是正、逆反应速率常数)。合成氨反应的平衡常数
(3)若将2.0mol 和6.0mol 通入体积为2L的密闭容器中,分别在和温度下进行反应,下图曲线分别只表示X的浓度(或Y的物质的量)随时间的变化(X、Y分别代表某一种反应物或生成物)。
①X表示的物质是
②温度下,合成氨反应的平衡常数的数值是
更新时间:2024-03-29 16:11:33
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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】化学反应原理在科研和生产中有广泛应用.
氮元素在海洋中的循环,是整个海洋生态系统的基础和关键。海洋中无机氮的循环过程可用下图表示。
(1)海洋中的氮循环起始于氮的固定,其中属于固氮作用的一步是____ (填图中数字序号)。
(2)有氧时,在硝化细菌作用下,可实现过程④的转化,将过程④的离子方程式补充完整:________ 。________ + 5O2= 2 + ________H+ +__________+__________
(3)工业合成氨原理是:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) △H<0,当反应器中按n(N2):n(H2)=1:3投料,分别在200℃、400℃、600℃下达到平衡时,混合物中NH3的物质的量分数随压强的变化曲线如图。
曲线a对应的温度是____________ 。
(4)关于工业合成氨的反应,下列叙述正确的是_________________ 。
(5)如果N点时c(NH3)=0.2mol·L-1,N点的化学平衡常数K=_________ L2/mol2 (精确到小数点后两位)
(6)尿素[CO(NH2)2]是一种非常重要的高效氮肥,工业上以NH3、CO2为原料生产尿素,该反应实际为两步反应:
第一步:2NH3(g)+CO2(g) H2NCOONH4(s) ΔH=-272kJ·mol-1
第二步:H2NCOONH4(s) CO(NH2)2(s)+H2O(g) ΔH=+138kJ·mol-1
写出工业上以NH3、CO2为原料合成尿素的热化学方程式:_________________________
(7)某实验小组模拟工业上合成尿素的条件,在一体积为0.5 L的密闭容器中投入4 mol氨和1mol二氧化碳,实验测得反应中各组分的物质的量随时间的变化如下图所示:
①反应进行到10 min时测得CO2的物质的量如图所示,则用CO2表示的第一步反应的速率v(CO2)=_______________ mol/(L·min)。
②已知总反应的快慢由慢的一步决定,则合成尿素总反应的快慢由第_________ 步反应决定,总反应进行到_________ min时到达平衡。
氮元素在海洋中的循环,是整个海洋生态系统的基础和关键。海洋中无机氮的循环过程可用下图表示。
(1)海洋中的氮循环起始于氮的固定,其中属于固氮作用的一步是
(2)有氧时,在硝化细菌作用下,可实现过程④的转化,将过程④的离子方程式补充完整:
(3)工业合成氨原理是:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) △H<0,当反应器中按n(N2):n(H2)=1:3投料,分别在200℃、400℃、600℃下达到平衡时,混合物中NH3的物质的量分数随压强的变化曲线如图。
曲线a对应的温度是
(4)关于工业合成氨的反应,下列叙述正确的是
A.及时分离出NH3可以提高H2的平衡转化率 |
B.上图中M、N、Q点平衡常数K的大小关系是K(M)=K(Q)>K(N) |
C.M点比N点的反应速率快 |
D.由曲线a可知,当压强增加到100 MPa以上,NH3的物质的量分数可达到100% |
(5)如果N点时c(NH3)=0.2mol·L-1,N点的化学平衡常数K=
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第一步:2NH3(g)+CO2(g) H2NCOONH4(s) ΔH=-272kJ·mol-1
第二步:H2NCOONH4(s) CO(NH2)2(s)+H2O(g) ΔH=+138kJ·mol-1
写出工业上以NH3、CO2为原料合成尿素的热化学方程式:
(7)某实验小组模拟工业上合成尿素的条件,在一体积为0.5 L的密闭容器中投入4 mol氨和1mol二氧化碳,实验测得反应中各组分的物质的量随时间的变化如下图所示:
①反应进行到10 min时测得CO2的物质的量如图所示,则用CO2表示的第一步反应的速率v(CO2)=
②已知总反应的快慢由慢的一步决定,则合成尿素总反应的快慢由第
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(0.4)
【推荐2】用Cl2生产某些含氯有机物时会产生副产物HCl。利用反应A,可实现氯的循环利用。
反应A:4HCl+O22Cl2+2H2O
(1)已知:ⅰ.反应A中,4 molHCl被氧化,放出115.6 kJ的热量。
ⅱ.
①反应A的热化学方程式是______________________________________ 。
②根据断开1 mol H—O键与断开1 mol H—Cl键所需能量的差异,可知H2O中H—O键比HCl中H—Cl键(填“强”或“弱”)________ 。
(2)对于反应A,下图是在 n(HCl):n(O2)的投料比分别为1:1、2:1、 4:1、 6:1下,反应温度对HCl平衡转化率影响的曲线。
①曲线b对应的投料比是________ 。
②当曲线b、c、d对应的投料比达到相同的HCl平衡转化率时,对应的反应温度与投料比的关系是____________________________ 。
③投料比为2:1、温度为400℃时,平衡混合气中Cl2的物质的量分数是________ 。
反应A:4HCl+O22Cl2+2H2O
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①曲线b对应的投料比是
②当曲线b、c、d对应的投料比达到相同的HCl平衡转化率时,对应的反应温度与投料比的关系是
③投料比为2:1、温度为400℃时,平衡混合气中Cl2的物质的量分数是
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【推荐3】CO2是一种温室气体,对人类的生存环境产生巨大的影响,维持大气中CO2的平衡对生态环境保护有着重要意义。
I.可利用CH4与CO2制备合成气(CO、H2),在某一钢性密闭容器中CH4、CO2的分压分别为15kPa、20kPa,加入Ni/α-A12O3催化剂并加热至1123K使其发生反应:CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g)
(1)研究表明CO的生成速率,某时刻测得p(H2)=10kPa,则该时刻v(CH4)=___________ k·Pas-1。
(2)达到平衡后,测得CO的产率为50%,则该反应的平衡常数Kp=_________ 。
(3)科学家提出制备“合成气反应历程分两步:
反应①:CH4(g)=C(ads)+2H2(g)(慢反应)
反应②:C(ads)+CO2(g)=2CO(g)(快反应)
上述反应中C(ads)为吸附性活性炭,反应历程的能量变化如图所示:
CH4与CO2制备合成气的热化学方程式为__________________ 。能量变化图中:E5+E1_________ E4+E2(填“>”、“<”或“=”)。
II.CO2催化加氢制甲醇5MPa时,往某密闭容器中按投料比n(H2):n(CO2)=3:1充入H2和CO2,发生以下反应:
i. ,
ii..
iii.
反应达到平衡时,测得各组分的物质的量分数随温度变化的曲线如图所示。
(4)①体系中CO2的物质的量分数受温度的影响不大,原因是_______________________ 。
②下列措施中,无法提高甲醇平衡产率的是________ (填标号)。
A.加入适量CO B.增大压强C.循环利用原料气D.升高温度
③如上图X、Y分别代表_________ 、________ (填化学式)。
III.利用铜基配合物1,10-phenanthroline-Cu催化剂电催化CO2还原制备碳基燃料(包括CO、烷烃和酸等)是减少CO2在大气中累积和实现可再生能源有效利用的关键手段之,其装置原理如图所示。
(5)①电池工作过程中,图中Pt电极附近溶液的pH_______ (填“变大”或“变小”),阴极的电极反应式为________________ 。
②每转移2mol电子,阴极室溶液质量增加______ g。
I.可利用CH4与CO2制备合成气(CO、H2),在某一钢性密闭容器中CH4、CO2的分压分别为15kPa、20kPa,加入Ni/α-A12O3催化剂并加热至1123K使其发生反应:CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g)
(1)研究表明CO的生成速率,某时刻测得p(H2)=10kPa,则该时刻v(CH4)=
(2)达到平衡后,测得CO的产率为50%,则该反应的平衡常数Kp=
(3)科学家提出制备“合成气反应历程分两步:
反应①:CH4(g)=C(ads)+2H2(g)(慢反应)
反应②:C(ads)+CO2(g)=2CO(g)(快反应)
上述反应中C(ads)为吸附性活性炭,反应历程的能量变化如图所示:
CH4与CO2制备合成气的热化学方程式为
II.CO2催化加氢制甲醇5MPa时,往某密闭容器中按投料比n(H2):n(CO2)=3:1充入H2和CO2,发生以下反应:
i. ,
ii..
iii.
反应达到平衡时,测得各组分的物质的量分数随温度变化的曲线如图所示。
(4)①体系中CO2的物质的量分数受温度的影响不大,原因是
②下列措施中,无法提高甲醇平衡产率的是
A.加入适量CO B.增大压强C.循环利用原料气D.升高温度
③如上图X、Y分别代表
III.利用铜基配合物1,10-phenanthroline-Cu催化剂电催化CO2还原制备碳基燃料(包括CO、烷烃和酸等)是减少CO2在大气中累积和实现可再生能源有效利用的关键手段之,其装置原理如图所示。
(5)①电池工作过程中,图中Pt电极附近溶液的pH
②每转移2mol电子,阴极室溶液质量增加
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【推荐1】工业上常采用Fenton氧化法去除废水中的有机物。
(1)某研究小组向废水中加入,以作催化剂,产生具有强氧化性的羟基自由基()氧化降解水中的有机物(TOC)。
①其他条件一定时,的值对TOC去除效果的影响如图所示:
当TOC的去除率最大时,_______ 。
②在,其他条件一定时,的加入量对TOC去除效果的影响如图所示,当TOC的去除效果最好时,的物质的量浓度c()=_______ 。当的加入量大于40mg/L时,TOC去除率反而减小的原因是_______ 。
(2)我国学者制备了一种介孔二氧化锰负载的催化剂,并将其应用到苯并三唑(,BZA)的降解中,催化机理如下图:
①BZA可以与或结合的原因是_______ 。
②直接降解BZA的活性氧物种的化学式为_______ 。
③该过程中分解的途径可用语言描述为_______ 。
(1)某研究小组向废水中加入,以作催化剂,产生具有强氧化性的羟基自由基()氧化降解水中的有机物(TOC)。
①其他条件一定时,的值对TOC去除效果的影响如图所示:
当TOC的去除率最大时,
②在,其他条件一定时,的加入量对TOC去除效果的影响如图所示,当TOC的去除效果最好时,的物质的量浓度c()=
(2)我国学者制备了一种介孔二氧化锰负载的催化剂,并将其应用到苯并三唑(,BZA)的降解中,催化机理如下图:
①BZA可以与或结合的原因是
②直接降解BZA的活性氧物种的化学式为
③该过程中分解的途径可用语言描述为
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【推荐2】氨的合成对国民经济发展有着重要的意义。根据要求,回答下列问题:
I.氨气可用于工业脱硝(),脱硝反应为:
。
已知:反应①:
反应②:
(1)反应①中正反应的活化能___________ 逆反应的活化能(填“小于”或“大于”),由反应①和脱硝反应可知反应②的___________ 。
II.某实验小组为了模拟工业上利用氨气合成尿素,在压强下,容积为的恒容密闭容器中充入和,发生反应:,反应过程中混合气体中的体积分数如图所示:
(2)①A点时的体积分数为40%,则此时的转化率为___________ (保留三位有效数字);B点时,___________ 。若要提高氨气平衡转化率,可采取的措施有:___________ 。(写一条即可)
②下列能说明该反应达到平衡状态的是___________ (填字母)。
a.体系的压强保持不变
b.单位时间内消耗同时消耗
c.
(3)B点的平衡常数___________ (写出含的代数式再代入数据进行计算,气体分压=气体总压×气体的物质的量分数)。
(4)向恒容密闭容器中加入适量催化剂,并充入一定量的和发生上述反应合成尿素,在不同温度、相同反应时间,测得的转化率与反应温度的变化关系如图所示。
温度为℃时,的转化率降低,可能原因是___________ 。
(5)在反应中,正反应速率为,逆反应速率为,、为速率常数,受温度影响。已知时,,则该温度下,平衡常数___________ 。
I.氨气可用于工业脱硝(),脱硝反应为:
。
已知:反应①:
反应②:
(1)反应①中正反应的活化能
II.某实验小组为了模拟工业上利用氨气合成尿素,在压强下,容积为的恒容密闭容器中充入和,发生反应:,反应过程中混合气体中的体积分数如图所示:
(2)①A点时的体积分数为40%,则此时的转化率为
②下列能说明该反应达到平衡状态的是
a.体系的压强保持不变
b.单位时间内消耗同时消耗
c.
(3)B点的平衡常数
(4)向恒容密闭容器中加入适量催化剂,并充入一定量的和发生上述反应合成尿素,在不同温度、相同反应时间,测得的转化率与反应温度的变化关系如图所示。
温度为℃时,的转化率降低,可能原因是
(5)在反应中,正反应速率为,逆反应速率为,、为速率常数,受温度影响。已知时,,则该温度下,平衡常数
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【推荐3】短链烯烃是重要的有机化工原料,如丙烯(C3H6)和乙烯等。利用它们间的转化可有效强化节能减排,达到“碳达峰”和“碳中和”的目的。请回答下列问题:
(1)丙烯可由丙烷脱氢制取。已知丙烷脱氢制丙烯发生的主要反应及能量变化如图,其中反应1为主反应,反应2为副反应。
反应1:C3H8(g) C3H6(g)+H2(g)ΔH1;
反应2:C3H8(g) C2H4(g) +CH4(g)ΔH2=+81.3kJmol-1;
反应3:C3H6(g)+H2(g) C2H4(g)+CH4(g) ΔH3= -43.0kJ·mol-1。
根据图和以上数据可知,若温度升高,副反应要比主反应更容易发生,其主要原因是___________ ,主反应的焓变ΔH1=___________ 。
(2)乙烯可由CO2和H2制取:2CO2(g) + 6H2(g) C2H4(g) + 4H2O(g),在0.1 MPa,反应物起始物质的量之比n(CO2):n(H2)=1:3的条件下,不同温度下达到平衡时,CO2、H2、C2H4、H2O四种组分的物质的量分数如图所示:
①图中表示C2H4的物质的量分数随温度变化的曲线是___________ (填“a”“b”或“c”)。
②反应2CO2(g) +6H2(g) C2H4(g) +4H2O(g) ΔH___________ (填“>”或“<”)0,保持其他条件不变,在绝热密闭容器中发生上述反应,达到平衡时,C2H4的物质的量分数比在恒温密闭容器中___________ (填“大”“小”或“相同”)。
③440℃时H2的平衡转化率为___________ 。
(3)利用CO2和CH4重整:CO2(g) +CH4(g) 2CO(g) +2H2(g) ΔH >0,在密闭容器中通入物质的量均为0.1 mol的CH4和CO2,在一定条件下使CO2(g)和CH4(g)发生上述反应,CH4的平衡转化率与温度及压强(单位:Pa)的关系如图所示。
①结合图示,在1100℃下y点时v正___________ v逆(填“>”“<”或“=”)。
②若在1 100 ℃下x点时已达到平衡状态,用平衡分压代替平衡浓度可以得到平衡常数Kp,则x点对应温度下反应的平衡常数Kp=___________ (已知:气体分压p分=气体总压p总×气体的物质的量分数)。
(1)丙烯可由丙烷脱氢制取。已知丙烷脱氢制丙烯发生的主要反应及能量变化如图,其中反应1为主反应,反应2为副反应。
反应1:C3H8(g) C3H6(g)+H2(g)ΔH1;
反应2:C3H8(g) C2H4(g) +CH4(g)ΔH2=+81.3kJmol-1;
反应3:C3H6(g)+H2(g) C2H4(g)+CH4(g) ΔH3= -43.0kJ·mol-1。
根据图和以上数据可知,若温度升高,副反应要比主反应更容易发生,其主要原因是
(2)乙烯可由CO2和H2制取:2CO2(g) + 6H2(g) C2H4(g) + 4H2O(g),在0.1 MPa,反应物起始物质的量之比n(CO2):n(H2)=1:3的条件下,不同温度下达到平衡时,CO2、H2、C2H4、H2O四种组分的物质的量分数如图所示:
①图中表示C2H4的物质的量分数随温度变化的曲线是
②反应2CO2(g) +6H2(g) C2H4(g) +4H2O(g) ΔH
③440℃时H2的平衡转化率为
(3)利用CO2和CH4重整:CO2(g) +CH4(g) 2CO(g) +2H2(g) ΔH >0,在密闭容器中通入物质的量均为0.1 mol的CH4和CO2,在一定条件下使CO2(g)和CH4(g)发生上述反应,CH4的平衡转化率与温度及压强(单位:Pa)的关系如图所示。
①结合图示,在1100℃下y点时v正
②若在1 100 ℃下x点时已达到平衡状态,用平衡分压代替平衡浓度可以得到平衡常数Kp,则x点对应温度下反应的平衡常数Kp=
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【推荐1】2022年1月24日,习近平总书记在十九届中共中央政治局第三十六次集中学习时强调,实现碳达峰碳中和是贯彻新发展理念、构建新发展格局、推动高质量发展的内在要求。因此,二氧化碳的合理利用成为研究热点。
(1)以CO2和NH3为原料合成尿素是利用CO2的成功范例。在尿素合成塔中的主要反应可表示如下:
反应I:2NH3(g)+CO2(g)=NH2COONH4(s) ΔH1=-159.5kJ/mol
反应II:NH2COONH4(s)=CO(NH2)2(s)+H2O(g) ΔH2=+72.5kJ/mol
总反应III:2NH3(g)+CO2(g)=CO(NH2)2(s)+H2O(g) ΔH3
反应III的ΔH3=________ kJ/mol,据此判断该反应在________ (填“低温”、“高温”或“任意温度”)条件下能自发进行。
(2)二甲醚(CH3OCH3)被誉为“21世纪的清洁燃料,以CO2、H2为原料制备二甲醚涉及的主要反应如下:
I.2CO2(g)+6H2(g)⇌CH3OCH3(g)+3H2O(g) ΔH1=-122.5kJ/mol
II.CO2(g)+H2(g)⇌CO(g)+H2O(g) ΔH2=+41.1kJ/mol
①在压强、CO2和H2的起始投料一定的条件下,发生反应I、II,实验测得CO2平衡转化率和平衡时CH3OCH3的选择性随温度的变化如图1所示。
(已知:CH3OCH3的选择性=100%)
其中表示平衡时CH3OCH3的选择性的曲线是_______ (填“①”或“②”);温度高于300℃时,曲线②随温度升高而升高的原因是________ ;为同时提高CO2的平衡转化率和平衡时CH3OCH3的选择性,应选择的反应条件为________ (填标号)。
a.高温、高压 b.低温、高压 c.高温、低压 d.低温、低压
②对于反应II的反应速率v=v正-v逆=k正p(CO2)·p(H2)-k逆p(CO)·p(H2O),其中k正、k逆分别为正、逆反应速率常数,p为气体的分压(分压=总压×物质的量分数)。
a.降低温度,k正-k逆________ (填“增大”、“减小”或”不变”);
b.在一定温度和压强下的反应II,按照n(H2):n(CO2)=1:1投料,CO2转化率为50%时,v(正):v(逆)=3:4,用气体分压表示的平衡常数Kp=________ 。
(3)用H2还原CO2可以合成CH3OH:CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g)。恒压下,CO2和H2的起始物质的量之比为1:3时,该反应在无分子筛膜时甲醇的平衡产率和有分子筛膜(能选择性分离出H2O)时甲醇的产率随温度的变化如图2所示。P点甲醇产率高于T点的原因为___________ 。
(4)CO2的再利用技术是促进可持续发展的措施之一,南开大学化学学院陈军院士课题组则成功研制出新型的Na-CO2电池,如图3是一种Na-CO2二次电池,其中钠和负载碳纳米管的镍网分别作为电极材料,电池放电产物为Na2CO3和C,则放电时正极电极反应式为___________ 。
(1)以CO2和NH3为原料合成尿素是利用CO2的成功范例。在尿素合成塔中的主要反应可表示如下:
反应I:2NH3(g)+CO2(g)=NH2COONH4(s) ΔH1=-159.5kJ/mol
反应II:NH2COONH4(s)=CO(NH2)2(s)+H2O(g) ΔH2=+72.5kJ/mol
总反应III:2NH3(g)+CO2(g)=CO(NH2)2(s)+H2O(g) ΔH3
反应III的ΔH3=
(2)二甲醚(CH3OCH3)被誉为“21世纪的清洁燃料,以CO2、H2为原料制备二甲醚涉及的主要反应如下:
I.2CO2(g)+6H2(g)⇌CH3OCH3(g)+3H2O(g) ΔH1=-122.5kJ/mol
II.CO2(g)+H2(g)⇌CO(g)+H2O(g) ΔH2=+41.1kJ/mol
①在压强、CO2和H2的起始投料一定的条件下,发生反应I、II,实验测得CO2平衡转化率和平衡时CH3OCH3的选择性随温度的变化如图1所示。
(已知:CH3OCH3的选择性=100%)
其中表示平衡时CH3OCH3的选择性的曲线是
a.高温、高压 b.低温、高压 c.高温、低压 d.低温、低压
②对于反应II的反应速率v=v正-v逆=k正p(CO2)·p(H2)-k逆p(CO)·p(H2O),其中k正、k逆分别为正、逆反应速率常数,p为气体的分压(分压=总压×物质的量分数)。
a.降低温度,k正-k逆
b.在一定温度和压强下的反应II,按照n(H2):n(CO2)=1:1投料,CO2转化率为50%时,v(正):v(逆)=3:4,用气体分压表示的平衡常数Kp=
(3)用H2还原CO2可以合成CH3OH:CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g)。恒压下,CO2和H2的起始物质的量之比为1:3时,该反应在无分子筛膜时甲醇的平衡产率和有分子筛膜(能选择性分离出H2O)时甲醇的产率随温度的变化如图2所示。P点甲醇产率高于T点的原因为
(4)CO2的再利用技术是促进可持续发展的措施之一,南开大学化学学院陈军院士课题组则成功研制出新型的Na-CO2电池,如图3是一种Na-CO2二次电池,其中钠和负载碳纳米管的镍网分别作为电极材料,电池放电产物为Na2CO3和C,则放电时正极电极反应式为
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(0.4)
解题方法
【推荐2】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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较难
(0.4)
解题方法
【推荐3】磷酸铁()主要用于制造磷酸铁锂电池材料。以硫铁矿烧渣(主要成分是,含少量、和)为原料制备磷酸铁的工艺流程如下:
(1)焙烧。将硫铁矿烧渣与蔗糖()一起焙烧,可生成FeO与。写出焙烧时所发生反应的化学方程式:_______ 。
(2)还原。将焙烧后的固体用稀硫酸浸取,所得溶液主要含,还含少量和。向酸浸后所得溶液中加入固体,充分搅拌至溶液中全部被还原并生成。理论上完全反应需要消耗的_______ 。
(3)制备。向溶液中加入足量的30%溶液与溶液,控制溶液的pH约为1.5,充分反应可得沉淀。
①写出生成反应的化学方程式:_______ 。
②反应的平衡常数_______ 。[已知:,,
,]
(4)其他条件一定,制备时测得Fe的有效转化率与溶液pH的关系如图所示。
①pH<1.5时,pH越大,Fe的有效转化率越大的原因是_______ 。
②pH>1.5时,pH越大,Fe的有效转化率越低的原因是_______ 。
(1)焙烧。将硫铁矿烧渣与蔗糖()一起焙烧,可生成FeO与。写出焙烧时所发生反应的化学方程式:
(2)还原。将焙烧后的固体用稀硫酸浸取,所得溶液主要含,还含少量和。向酸浸后所得溶液中加入固体,充分搅拌至溶液中全部被还原并生成。理论上完全反应需要消耗的
(3)制备。向溶液中加入足量的30%溶液与溶液,控制溶液的pH约为1.5,充分反应可得沉淀。
①写出生成反应的化学方程式:
②反应的平衡常数
,]
(4)其他条件一定,制备时测得Fe的有效转化率与溶液pH的关系如图所示。
①pH<1.5时,pH越大,Fe的有效转化率越大的原因是
②pH>1.5时,pH越大,Fe的有效转化率越低的原因是
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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】丙烯是重要的有机化工原料,丙烷脱氢是工业生产丙烯的重要途径,其化学方程式为C3H8(g)⇌C3H6(g)+H2(g)。回答下列相关问题:
(1)已知:I.2C3H8(g)+O2(g)=2C3H6(g)+2H2O(g) ∆H1=-238kJ·mol-1
II.2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) ∆H2=-484kJ·mol-1
则丙烷脱氢制丙烯反应C3H8(g)⇌C3H6(g)+H2(g)的∆H为___________ kJ·mol-1
(2)一定温度下,向1L的密闭容器中充入1molC3H8发生脱氢反应,经过10min达到平衡状态,测得平衡时气体压强是开始的1.5倍。
①0~10min丙烯的化学反应速率v(C3H6)=___________ mol·L-1·min-1。
②下列情况能说明该反应达到平衡状态的是___________ 。
A.∆H不变 B.C3H6与H2的物质的量之比保持不变
C.混合气体的总压强不变 D.v(C3H6)正=v(C3H8)逆
③欲提高丙烷转化率,采取的措施是___________ (填字母标号)。
A.降低温度 B.升高温度 C.加催化剂 D.及时分离出H2
④若在恒温、恒压的密闭容器中充入丙烷和氩气发生脱氢反应,起始n(氩气)/n(丙烷)越大,丙烷的平衡转化率越大,其原因是___________ 。
(3)一定温度下,向恒容密闭容器中充入1molC3H8,开始压强为pkPa,C3H8的气体体积分数与反应时间的关系如图所示:
①此温度下该反应的平衡常数Kp=___________ (用含字母p的代数式表示,Kp是用反应体系中气体物质的分压表示的平衡常数,平衡分压=总压×体积分数)。
②已知该反应过程中,v正=k正·p(C3H8),v逆=k逆·p(C3H6)·p(H2),其中k正、k逆为速率常数,只与温度有关,则图a中m点处=___________ 。
(1)已知:I.2C3H8(g)+O2(g)=2C3H6(g)+2H2O(g) ∆H1=-238kJ·mol-1
II.2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) ∆H2=-484kJ·mol-1
则丙烷脱氢制丙烯反应C3H8(g)⇌C3H6(g)+H2(g)的∆H为
(2)一定温度下,向1L的密闭容器中充入1molC3H8发生脱氢反应,经过10min达到平衡状态,测得平衡时气体压强是开始的1.5倍。
①0~10min丙烯的化学反应速率v(C3H6)=
②下列情况能说明该反应达到平衡状态的是
A.∆H不变 B.C3H6与H2的物质的量之比保持不变
C.混合气体的总压强不变 D.v(C3H6)正=v(C3H8)逆
③欲提高丙烷转化率,采取的措施是
A.降低温度 B.升高温度 C.加催化剂 D.及时分离出H2
④若在恒温、恒压的密闭容器中充入丙烷和氩气发生脱氢反应,起始n(氩气)/n(丙烷)越大,丙烷的平衡转化率越大,其原因是
(3)一定温度下,向恒容密闭容器中充入1molC3H8,开始压强为pkPa,C3H8的气体体积分数与反应时间的关系如图所示:
①此温度下该反应的平衡常数Kp=
②已知该反应过程中,v正=k正·p(C3H8),v逆=k逆·p(C3H6)·p(H2),其中k正、k逆为速率常数,只与温度有关,则图a中m点处=
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解答题-原理综合题
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较难
(0.4)
【推荐2】I.以CO2、H2为原料合成CH3OH涉及的主要反应如下:
反应I:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1=-49.5kJ•mol-1
反应II:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH2
反应III:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH3>0
回答下列问题:
(1)已知反应II低温下自发,则ΔH2____ 0kJ•mol-1(填“﹥”或“﹤”)。
(2)一定条件下,向体积一定的恒容密闭容器中通入1molCO2和3molH2发生上述反应,达到平衡时,测定CO2的平衡转化率为60%,CH3OH选择性为50%,求此温度下反应III的平衡常数K=___ 。(CH3OH选择性=×100%)
(3)不同压强下,按照n(CO2):n(H2)=1:3投料,实验测定CH3OH的平衡产率(图甲)随温度的变化关系如图所示。
①图甲中,压强p1、p2、p3由大到小的顺序为___ ;
②图甲中,一定压强下,CH3OH的平衡产率随温度升高而下降的原因是___ 。
II.(4)某课题组利用CO2在Ni粉催化氢化制甲烷的研究过程如下:CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)。反应结束后,气体中检测到CH4、H2、CO2、H2O外,还检测到HCOOH。CH4、HCOOH、H2的产量和镍粉用量的关系如图所示(仅改变镍粉用量,其他条件不变)
已知:HCOOH是CO2转化为CH4的中间体,即:CO2HCOOHCH4。下列说法正确的是___ (填字母)
A.镍粉反应I和II的催化剂 B.镍粉仅为反应II的催化剂。
C.反应I的活化能大于反应II的活化能 D.增大CO2浓度有利于提高CO2平衡转化率
反应I:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1=-49.5kJ•mol-1
反应II:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH2
反应III:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH3>0
回答下列问题:
(1)已知反应II低温下自发,则ΔH2
(2)一定条件下,向体积一定的恒容密闭容器中通入1molCO2和3molH2发生上述反应,达到平衡时,测定CO2的平衡转化率为60%,CH3OH选择性为50%,求此温度下反应III的平衡常数K=
(3)不同压强下,按照n(CO2):n(H2)=1:3投料,实验测定CH3OH的平衡产率(图甲)随温度的变化关系如图所示。
①图甲中,压强p1、p2、p3由大到小的顺序为
②图甲中,一定压强下,CH3OH的平衡产率随温度升高而下降的原因是
II.(4)某课题组利用CO2在Ni粉催化氢化制甲烷的研究过程如下:CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)。反应结束后,气体中检测到CH4、H2、CO2、H2O外,还检测到HCOOH。CH4、HCOOH、H2的产量和镍粉用量的关系如图所示(仅改变镍粉用量,其他条件不变)
已知:HCOOH是CO2转化为CH4的中间体,即:CO2HCOOHCH4。下列说法正确的是
A.镍粉反应I和II的催化剂 B.镍粉仅为反应II的催化剂。
C.反应I的活化能大于反应II的活化能 D.增大CO2浓度有利于提高CO2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)
【推荐3】氢能是一种重要的绿色能源,在实现“碳中和”与“碳达峰”目标中起到重要作用。乙醇与水催化重整制氢发生以下反应:
反应Ⅰ:
反应Ⅱ:
回答下列问题:
(1)①已知反应Ⅲ:,则______ 。
②反应I能自发进行的条件为______ 。
(2)压强为的平衡产率与温度、起始时的关系如图所示,每条曲线表示相同 的平衡产率。①反应Ⅱ的平衡常数:______ (填“>”、“=”或“<”)
②的产率:B点______ C点(填“>”、“=”或“<”);
③A、B两点产率相等的原因是______ 。
(3)压强为下,和发生上述反应,平衡时和的选择性、乙醇的转化率随温度的升高曲线如图所示。[已知:CO的选择性①时,10分钟反应达到平衡,则乙醇的物质的量的变化量______ mol。
②表示选择性的曲线是______ (填标号)。
③时,反应II的______ (保留三位有效数字)。
反应Ⅰ:
反应Ⅱ:
回答下列问题:
(1)①已知反应Ⅲ:,则
②反应I能自发进行的条件为
(2)压强为的平衡产率与温度、起始时的关系如图所示,每条曲线表示
②的产率:B点
③A、B两点产率相等的原因是
(3)压强为下,和发生上述反应,平衡时和的选择性、乙醇的转化率随温度的升高曲线如图所示。[已知:CO的选择性①时,10分钟反应达到平衡,则乙醇的物质的量的变化量
②表示选择性的曲线是
③时,反应II的
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