聚苯乙烯是一类重要的高分子材料,可通过苯乙烯聚合制得。
I.工业常采用乙苯脱氢的方法制备苯乙烯,其原理为:C6H5-CH2CH3(g)C6H5-CH=CH2(g)+H2(g) 。通过计算机模拟一个乙苯分子在催化剂表面脱氢制苯乙烯的反应,其历程如图1所示(吸附在催化剂表面的物质用*标注):(1)乙苯脱氢制苯乙烯反应的焓变___________。
(2)写出该反应历程(过渡态1和2中)的决速步骤反应方程式:___________ 。
(3)实验测得乙苯脱氢反应的速率方程为v正=k正p乙苯,v逆=k逆p苯乙烯p氢气(k正、k逆为速率常数,只与温度有关),图2中③代表lgk逆随的变化关系,则能代表lgk正随的变化关系的是___________。
(4)某温度下,向1.0L恒容密闭容器中充入0.10mol C6H5-CH2CH3(g),测得乙苯脱氢反应时间(t)与容器的气体总压强(p)的数据见表:
该温度下的浓度平衡常数K=___________ mol/L(结果保留至小数点后两位)。
(5)实际生产中常在恒压条件下掺入高温水蒸气作为反应体系的稀释剂(水蒸气不参加反应),乙苯的转化率随稀释比的变化如图所示,说明乙苯转化率变化的原因。___________ II.CO2氧化乙苯脱氢是制备苯乙烯的另一种方式。其方程式如下:(6)如表所示是反应中几种物质的燃烧热。
又已知水的汽化热为40.8kJ·mol-1。根据以上数据,计算CO2氧化乙苯脱氢反应的=___________ 。
(7)该反应在催化剂表面发生的历程如图所示:反应过程中需要将催化剂表面的酸性控制在pH=3.5~4.5之间,原因是pH过低时,催化剂表面正电荷聚集,___________ ;pH过高时,___________ 。
(8)相对于乙苯脱氢法,CO2氧化法制备苯乙烯工艺的优点为合成速率快、单位时间内的产量高;其缺点为:①反应需要控制酸度,工艺较为复杂;②___________ ;③___________ 。
I.工业常采用乙苯脱氢的方法制备苯乙烯,其原理为:C6H5-CH2CH3(g)C6H5-CH=CH2(g)+H2(g) 。通过计算机模拟一个乙苯分子在催化剂表面脱氢制苯乙烯的反应,其历程如图1所示(吸附在催化剂表面的物质用*标注):(1)乙苯脱氢制苯乙烯反应的焓变___________。
A.大于0 | B.等于0 | C.小于0 | D.无法确定 |
(2)写出该反应历程(过渡态1和2中)的决速步骤反应方程式:
(3)实验测得乙苯脱氢反应的速率方程为v正=k正p乙苯,v逆=k逆p苯乙烯p氢气(k正、k逆为速率常数,只与温度有关),图2中③代表lgk逆随的变化关系,则能代表lgk正随的变化关系的是___________。
A.① | B.② | C.④ | D.⑤ |
(4)某温度下,向1.0L恒容密闭容器中充入0.10mol C6H5-CH2CH3(g),测得乙苯脱氢反应时间(t)与容器的气体总压强(p)的数据见表:
时间t/h | 0 | 1 | 2 | 4 | 8 | 16 | 20 | 25 | 30 |
总压强p/100kPa | 4.91 | 5.58 | 6.32 | 7.31 | 8.54 | 9.26 | 9.32 | 9.33 | 9.33 |
(5)实际生产中常在恒压条件下掺入高温水蒸气作为反应体系的稀释剂(水蒸气不参加反应),乙苯的转化率随稀释比的变化如图所示,说明乙苯转化率变化的原因。
物质 | CO(g) | ||
燃烧热/kJ·mol-1 | -4610.2 | -4376.9 | -283.5 |
(7)该反应在催化剂表面发生的历程如图所示:反应过程中需要将催化剂表面的酸性控制在pH=3.5~4.5之间,原因是pH过低时,催化剂表面正电荷聚集,
(8)相对于乙苯脱氢法,CO2氧化法制备苯乙烯工艺的优点为合成速率快、单位时间内的产量高;其缺点为:①反应需要控制酸度,工艺较为复杂;②
更新时间:2024-04-12 10:05:58
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【推荐1】通过不同方式转化为高附加值化学品有利于实现“双碳目标”,其中加氢转化为二甲醚()是常见的一种方式,其反应过程如下:
Ⅰ.
Ⅱ.
Ⅲ.
回答下列问题:
(1)加氢制反应的热化学方程式为___________ 。
(2)进料比时,不同压强下平衡转化率随温度的变化关系如图所示。①四条曲线对应压强、、和由大到小的顺序为___________ ,判断依据是___________ 。
②压强为时,平衡转化率随温度升高先减小后增大,原因是___________ 。
(3)上图中,当反应温度高于350℃时几条曲线重合,说明此时的转化率不受压强影响,原因是___________ 。
(4)反应Ⅱ和反应Ⅲ的平衡常数()随温度变化关系如图2所示,表示反应Ⅱ的曲线为___________ (填“a”或“b”)。恒温恒压条件下,向体系中通入和,达到平衡时转化率为50%,为0.07mol,该条件下生成的CO可以忽略不计,则的物质的量为___________ mol,加氢制的反应用摩尔分数表示的平衡常数___________ (列出计算式)。(已知反应的,物质i的摩尔分数。)
Ⅰ.
Ⅱ.
Ⅲ.
回答下列问题:
(1)加氢制反应的热化学方程式为
(2)进料比时,不同压强下平衡转化率随温度的变化关系如图所示。①四条曲线对应压强、、和由大到小的顺序为
②压强为时,平衡转化率随温度升高先减小后增大,原因是
(3)上图中,当反应温度高于350℃时几条曲线重合,说明此时的转化率不受压强影响,原因是
(4)反应Ⅱ和反应Ⅲ的平衡常数()随温度变化关系如图2所示,表示反应Ⅱ的曲线为
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【推荐2】雾霾天气是一种大气污染状态,雾霾的源头多种多样,比如汽车尾气、工业排放、建筑扬尘、垃圾焚烧,甚至火山喷发等。
(1)汽车尾气中的NO(g)和CO(g)在一定温度和催化剂的条件下可净化。
①已知部分化学键的键能如下
请完成汽车尾气净化中NO(g)和CO(g)发生反应的热化学方程式△H = _______ kJ·mol-1
②若上述反应在恒温、恒容的密闭体系中进行,并在t1时刻达到平衡状态,则下列示意图符合题意的是_______ (填选项序号)。(下图中V正、n、P总分别表示正反应速率、物质的量和总压强)
(2)在t1℃下,向体积为10 L的恒容密闭容器中通入NO和CO,测得不同时间NO和CO的物质的量如下表:
既能增大反应速率又能使平衡正向移动的措施是_______ 。(写出一种即可)
(3)NH3催化还原氮氧化物(SCR)技术是目前应用最广泛的烟气氮氧化物脱除技术。在氨气足量的情况下,不同c(NO2)/C(NO)、不同温度对脱氮率的影响如图所示(已知氨气催化还原氮氧化物的正反应为放热反应),请回答温度对脱氮率的影响_______ ,给出合理的解释:_______ 。
(1)汽车尾气中的NO(g)和CO(g)在一定温度和催化剂的条件下可净化。
①已知部分化学键的键能如下
分子式/结构式 | NO/N≡O | CO/C≡O | CO2/O=C=O | N2/N≡N |
化学键 | N≡O | C≡O | C=O | N≡N |
键能( kJ/mol) | 632 | 1072 | 750 | 946 |
②若上述反应在恒温、恒容的密闭体系中进行,并在t1时刻达到平衡状态,则下列示意图符合题意的是
(2)在t1℃下,向体积为10 L的恒容密闭容器中通入NO和CO,测得不同时间NO和CO的物质的量如下表:
时间/s | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
n(NO)/×10-2mol | 10.0 | 4.50 | 250 | 1.50 | 1.00 | 1.00 |
n(CO)/×10-1 mol | 3.60 | 3.05 | 2.85 | 2.75 | 2.70 | 2.70 |
(3)NH3催化还原氮氧化物(SCR)技术是目前应用最广泛的烟气氮氧化物脱除技术。在氨气足量的情况下,不同c(NO2)/C(NO)、不同温度对脱氮率的影响如图所示(已知氨气催化还原氮氧化物的正反应为放热反应),请回答温度对脱氮率的影响
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【推荐3】甲醇作为一种重要的化工产品广泛应用于多个领域,具有广阔的市场需求和发:展前景。目前甲醇制备的“主流”合成工艺是以合成气(CO、、)为原料,在一定温度、压力等条件下经过特定催化剂作用而制取。合成过程中的部分反应如下:
(ⅰ)
(ⅱ)
(1)制备过程中副反应的_______ 。
(2)甲醇合成的反应机理如图所示(有催化剂M或Cu的部分,表示被M或Cu吸附的原子或原子团)。下列说法正确的是_______。
(3)通过共沉淀法制备多组添加助剂改性的Cu-ZnO-(CZA)基甲醇合成催化剂,利用恒压反应器实验考察不同助剂添加量对合成气制甲醇催化性能的影响。分三个阶段进行评价实验,每阶段实验中合成气组分均为(体积分数):80% ,13% CO、2% ,和5% 。阶段Ⅰ:230℃,恒温25h;阶段Ⅱ:提高反应器温度至320℃,恒温25h;阶段Ⅲ:将温度降至230℃,恒温25h。测得各实验阶段不同CZA催化剂样品情况下,折合成相同外界条件下的CO转化率平均值如下表:
从表中数据可知:
①CZA中助剂与基质质量比的最佳值是_______ 。其比值超过该值后,催化效果逐渐降低的原因是______________ 。
②各质量比一定的条件下,阶段Ⅲ中CO的转化率低于阶段1的原因是___ 。若阶段Ⅰ中合成气的总体积为V L,则质量比为0/10时,该阶段的v(CO)=_____ mL/h(结果保留两位小数)。
(4)在密闭容器中充有1mol CO与2mol ,在催化剂作用下反应生成甲醇。CO的平衡转化率()与温度(T)、压强(p)的关系如图所示。①反应达到A点平衡状态所需时间大于C点的原因是_______ 。
②若A点对应容器的体积为2L,则B点对应反应状态的平衡常数K=_______ 。
(5)ZnO其中的一种晶体结构与金刚石类似。晶胞中4个Zn占据晶胞内部4个碳原子的位置。若该晶胞参数a=n pm,则该晶胞的密度为__ (列出计算式,阿伏加德罗常数的值为)。
(ⅰ)
(ⅱ)
(1)制备过程中副反应的
(2)甲醇合成的反应机理如图所示(有催化剂M或Cu的部分,表示被M或Cu吸附的原子或原子团)。下列说法正确的是_______。
A.示意图完整表示了CO和合成甲醇的过程 | B.Cu促进了原子团①到原子团②的转化 |
C.乙醇在图示的变化过程中起到了催化剂的作用 | D.1mol ,转化成为产物,需要2mol H |
(3)通过共沉淀法制备多组添加助剂改性的Cu-ZnO-(CZA)基甲醇合成催化剂,利用恒压反应器实验考察不同助剂添加量对合成气制甲醇催化性能的影响。分三个阶段进行评价实验,每阶段实验中合成气组分均为(体积分数):80% ,13% CO、2% ,和5% 。阶段Ⅰ:230℃,恒温25h;阶段Ⅱ:提高反应器温度至320℃,恒温25h;阶段Ⅲ:将温度降至230℃,恒温25h。测得各实验阶段不同CZA催化剂样品情况下,折合成相同外界条件下的CO转化率平均值如下表:
CZA中助剂与基质质量比 | 0/10 | 0.5/10 | 1.0/10 | 2.0/10 | 3.0/10 | |
CO转化率(%) | 阶段Ⅰ | 72.5 | 74.2 | 67.0 | 66.8 | 56.3 |
阶段Ⅱ | 19.68 | 20.26 | 19.31 | 19.16 | 16.76 | |
阶段Ⅲ | 62.5 | 64.2 | 57.5 | 51.3 | 35.1 |
①CZA中助剂与基质质量比的最佳值是
②各质量比一定的条件下,阶段Ⅲ中CO的转化率低于阶段1的原因是
(4)在密闭容器中充有1mol CO与2mol ,在催化剂作用下反应生成甲醇。CO的平衡转化率()与温度(T)、压强(p)的关系如图所示。①反应达到A点平衡状态所需时间大于C点的原因是
②若A点对应容器的体积为2L,则B点对应反应状态的平衡常数K=
(5)ZnO其中的一种晶体结构与金刚石类似。晶胞中4个Zn占据晶胞内部4个碳原子的位置。若该晶胞参数a=n pm,则该晶胞的密度为
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解答题-实验探究题
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【推荐1】甲、乙两个实验小组利用KMnO4酸性溶液与H2C2O4溶液反应研究影响反应速率的因素。设计实验方案如下(实验中所用KMnO4溶液均已加入H2SO4):
甲组:通过测定单位时间内生成CO2气体体积的大小来比较化学反应速率的大小。某同学进行实验,其中A、B的成分见表:
(1)该反应的离子方程式为____ ;
乙组:通过测定KMnO4溶液褪色所需时间的多少来比较化学反应速率。为了探究KMnO4与H2C2O4浓度对反应速率的影响,某同学在室温下完成以下实验
(2)X=___ ,4号实验中始终没有观察到溶液褪色,你认为可能的原因是____ 。
(3)在实验中发现高锰酸钾酸性溶液和草酸溶液反应时,开始一段时间反应速率较慢,溶液褪色不明显;但不久突然褪色,反应速率明显加快。某同学认为是放热导致溶液温度升高所致,重做3号实验,测定过程中溶液不同时间的温度,结果如表:
结合实验目的与表中数据,你得出的结论是____ 。
(4)从影响化学反应速率的因素看,你的猜想还可能是____ 的影响。若用实验证明你的猜想,除了酸性高锰酸钾溶液和草酸溶液外,还需要选择的试剂最合理的是___ 。
a.硫酸钾 b.水 c.氯化锰 d.硫酸锰
甲组:通过测定单位时间内生成CO2气体体积的大小来比较化学反应速率的大小。某同学进行实验,其中A、B的成分见表:
序号 | A溶液 | B溶液 |
① | 2mL0.2mol/LH2C2O4溶液 | 4mL0.01mol/LKMnO4溶液 |
② | 2mL0.1mol/LH2C2O4溶液 | 4mL0.01mol/LKMnO4溶液 |
③ | 2mL0.2mol/LH2C2O4溶液 | 4mL0.01mol/LKMnO4溶液和少量MnSO4 |
乙组:通过测定KMnO4溶液褪色所需时间的多少来比较化学反应速率。为了探究KMnO4与H2C2O4浓度对反应速率的影响,某同学在室温下完成以下实验
实验编号 | 1 | 2 | 3 | 4 |
水/mL | 10 | 5 | 0 | X |
0.5mol/LH2C2O4/mL | 5 | 10 | 10 | 5 |
0.2mol/L KMnO4/mL | 5 | 5 | 10 | 10 |
时间/s | 40 | 20 | 10 | ___ |
(3)在实验中发现高锰酸钾酸性溶液和草酸溶液反应时,开始一段时间反应速率较慢,溶液褪色不明显;但不久突然褪色,反应速率明显加快。某同学认为是放热导致溶液温度升高所致,重做3号实验,测定过程中溶液不同时间的温度,结果如表:
时间/S | 0 | 5 | 10 | 15 | 20 | 25 | 30 |
温度/℃ | 25 | 26 | 26 | 26 | 26.5 | 27 | 27 |
(4)从影响化学反应速率的因素看,你的猜想还可能是
a.硫酸钾 b.水 c.氯化锰 d.硫酸锰
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解答题-原理综合题
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【推荐2】利用1-甲基萘(1-MN)制备四氢萘类物质(MTLs,包括1-MTL和5-MTL)。
反应过程中伴有生成十氢萘(1-MD)的副反应,涉及反应如图:回答下列问题:.
(1)1-甲基萘(1-MN)中的大Π键可表示为______ ,提高反应选择性的关键因素是______ 。
(2)已知一定条件下反应、、的焓变分别为、、,则反应的焓变为______ (用含、、的代数式表示)。
(3)四个平衡体系的平衡常数与温度的关系如图甲所示。①a、b分别为反应和的平衡常数随温度变化的曲线,则表示反应的平衡常数随温度变化的曲线为______ 。
②已知反应的速率方程,(、分别为正、逆反应速率常数,只与温度、催化剂有关)。温度下反应达到平衡时,温度下反应达到平衡时。由此推知,______ (填“>”“<”或“=”)。
③下列说法正确的是______ (填标号)。
A.四个反应均为放热反应
B.压强越大,温度越低越有利于生成四氢萘类物质
C.由上述信息可知,400K时反应速率最快
D.反应体系中1-MD最稳定.
(4)1-MN在的高压氛围下反应(压强近似等于总压)。不同温度下达平衡时各产物的选择性(某生成物i的物质的量与消耗l-MN的物质的量之比)和物质的量分数(表示物种i与除外其他各物种总物质的量之比)随1-MN平衡转化率y的变化关系如图乙所示,y为65%时反应的平衡常数______ (列出计算式)。
反应过程中伴有生成十氢萘(1-MD)的副反应,涉及反应如图:回答下列问题:.
(1)1-甲基萘(1-MN)中的大Π键可表示为
(2)已知一定条件下反应、、的焓变分别为、、,则反应的焓变为
(3)四个平衡体系的平衡常数与温度的关系如图甲所示。①a、b分别为反应和的平衡常数随温度变化的曲线,则表示反应的平衡常数随温度变化的曲线为
②已知反应的速率方程,(、分别为正、逆反应速率常数,只与温度、催化剂有关)。温度下反应达到平衡时,温度下反应达到平衡时。由此推知,
③下列说法正确的是
A.四个反应均为放热反应
B.压强越大,温度越低越有利于生成四氢萘类物质
C.由上述信息可知,400K时反应速率最快
D.反应体系中1-MD最稳定.
(4)1-MN在的高压氛围下反应(压强近似等于总压)。不同温度下达平衡时各产物的选择性(某生成物i的物质的量与消耗l-MN的物质的量之比)和物质的量分数(表示物种i与除外其他各物种总物质的量之比)随1-MN平衡转化率y的变化关系如图乙所示,y为65%时反应的平衡常数
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【推荐3】气态含氮化合物是把双刃剑,既是固氮的主要途径,也是大气污染物。气态含氮化合物及相关反应是新型科研热点。回答下列问题:
(1)用NH3催化还原NOx可以消除氮氧化物的污染。已知:
①4NH3 (g)+3O2 (g)=2N2 (g)+6H2O (g) ΔH=-akJ/mol
②N2(g)+O2 (g)=2NO (g) ΔH=-bkJ/mol
写出NH3还原NO至N2和水蒸气的热化学方程式____________________ 。
(2)尿素水溶液热解产生的NH3可去除尾气中的NOx,流程如图:
①尿素[CO(NH2)2]中氮元素的化合价为_______ 。
②写出“催化反应”过程中NH3还原NO2的化学方程式____________________ 。
③若氧化处理后的尾气中混有SO2,此时催化剂表面会因为覆盖部分硫酸盐而导致催化剂中毒,降低NOx的去除率。试分析硫酸盐的产生过程____________________ 。
④“催化反应”过程中需控制温度在250℃~380℃之间。温度过高,NOx的去除率下降,其原因可能是温度过高催化剂的活性降低和____________________ 。
(3)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=kc(N2O)[c(I2)]0.5(k为速率常数)。下列表述正确的是
(4)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。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+2NO→N2+2CO2△H1。
①已知:反应N2(g)+O2(g)⇌2NO(g)△H2=+180.0kJmol﹣1,若CO的燃烧热△H为﹣283.5kJ/mol,则△H1=_______ 。
②若在恒容的密闭容器中,充入2mol CO和1mol NO,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.2O(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_______ 。
(5)N2O4与NO2之间存在反应N2O4(g)⇌2NO(g)。将定量的N2O4放入恒容密闭容器中,测得其平衡转化率[a(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108kPa,则该温度下反应的平衡常数Kp=__________ kPa(用平衡分压代替平衡浓度计算,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、压强关系如图所示,一定温度下,k1、k2与平衡常数Kp的关系是k1=_________ ,在图上标出的点中,能表示反应达到平衡状态的点为 ________ (填字母代号)。
(1)用NH3催化还原NOx可以消除氮氧化物的污染。已知:
①4NH3 (g)+3O2 (g)=2N2 (g)+6H2O (g) ΔH=-akJ/mol
②N2(g)+O2 (g)=2NO (g) ΔH=-bkJ/mol
写出NH3还原NO至N2和水蒸气的热化学方程式
(2)尿素水溶液热解产生的NH3可去除尾气中的NOx,流程如图:
①尿素[CO(NH2)2]中氮元素的化合价为
②写出“催化反应”过程中NH3还原NO2的化学方程式
③若氧化处理后的尾气中混有SO2,此时催化剂表面会因为覆盖部分硫酸盐而导致催化剂中毒,降低NOx的去除率。试分析硫酸盐的产生过程
④“催化反应”过程中需控制温度在250℃~380℃之间。温度过高,NOx的去除率下降,其原因可能是温度过高催化剂的活性降低和
(3)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=kc(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 |
①已知:反应N2(g)+O2(g)⇌2NO(g)△H2=+180.0kJmol﹣1,若CO的燃烧热△H为﹣283.5kJ/mol,则△H1=
②若在恒容的密闭容器中,充入2mol CO和1mol NO,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.2O(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
(5)N2O4与NO2之间存在反应N2O4(g)⇌2NO(g)。将定量的N2O4放入恒容密闭容器中,测得其平衡转化率[a(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108kPa,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、压强关系如图所示,一定温度下,k1、k2与平衡常数Kp的关系是k1=
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【推荐1】氨基甲酸铵(H2NCOONH4)为尿素生产过程的中间产物,易分解。
已知:
Ⅰ.N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH1=-92kJ•mol-1
Ⅱ.C(s)+O2(g)CO2(g) ΔH2=-394kJ•mo1-1
Ⅲ.N2(g)+3H2(g)+C(s)+O2(g)H2NCOONH4(s) ΔH3=-646kJ•mol-1
Ⅳ.H2NCOONH4(s)2NH3(g)+CO2(g) ΔH4
回答下列问题:
(1)NH3的空间构型为________ ,NH3的键角大于PH3,分析原因为________ 。
(2)ΔH4=________ ;T℃下在某密闭容器中加入H2NCOONH4(s),假设只发生反应Ⅳ,达平衡时测得NH3的浓度为c1,保持温度不变,加压(缩小容器的体积),测得新的平衡条件下NH3的浓度为c2,则c1________ c2(填“>”“<”或“=”)。反应Ⅳ在________ (填“高温”“低温”或“任意温度”)条件下能够自发进行。
(3)某温度下在一刚性的密闭容器中,充入等物质的量N2和H2发生反应Ⅰ,起始压强为1MPa,10min末达平衡,测得平衡时压强为0.8MPa,则10min内v(N2)=________ MPa/min,此时平衡常数Kp=________ 。对于该条件下的反应,下列说法错误的是________ 。
A.当H2的体积分数不变时,说明反应已经达到化学平衡状态
B.温度升高化学反应速率加快,化学平衡常数增大
C.其他条件不变时,若适当增加N2的用量,可以提高H2的平衡转化率
D.使用合适的催化剂可以加快化学反应速率,但ΔH1不变
(4)在一定的条件下,将AmolN2和BmolH2充入某体积固定的密闭容器中合成NH3,在不同的催化剂(甲或乙)下发生反应,反应相同时间后H2的转化率与温度的关系如图:
某学习小组的同学通过讨论得出结论:200℃时,a点对应的转化率(5%)不是使用催化剂甲、下H2的平衡转化率,判断依据是________ 。
已知:
Ⅰ.N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH1=-92kJ•mol-1
Ⅱ.C(s)+O2(g)CO2(g) ΔH2=-394kJ•mo1-1
Ⅲ.N2(g)+3H2(g)+C(s)+O2(g)H2NCOONH4(s) ΔH3=-646kJ•mol-1
Ⅳ.H2NCOONH4(s)2NH3(g)+CO2(g) ΔH4
回答下列问题:
(1)NH3的空间构型为
(2)ΔH4=
(3)某温度下在一刚性的密闭容器中,充入等物质的量N2和H2发生反应Ⅰ,起始压强为1MPa,10min末达平衡,测得平衡时压强为0.8MPa,则10min内v(N2)=
A.当H2的体积分数不变时,说明反应已经达到化学平衡状态
B.温度升高化学反应速率加快,化学平衡常数增大
C.其他条件不变时,若适当增加N2的用量,可以提高H2的平衡转化率
D.使用合适的催化剂可以加快化学反应速率,但ΔH1不变
(4)在一定的条件下,将AmolN2和BmolH2充入某体积固定的密闭容器中合成NH3,在不同的催化剂(甲或乙)下发生反应,反应相同时间后H2的转化率与温度的关系如图:
某学习小组的同学通过讨论得出结论:200℃时,a点对应的转化率(5%)不是使用催化剂甲、下H2的平衡转化率,判断依据是
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解答题-原理综合题
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解题方法
【推荐2】CO、H2、CH3、OH均是清洁能源。
(1)已知部分化学键键能数据如下:
2CO(g) +O2(g)==2CO2(g) △H1
H2O(g)+CO(g)==H2(g) + CO2(g) △H2 = -41 kJ•mol-1
CH3OH(g)+ 3/2O2(g)==CO2(g)+2H2O(g) △H3 = -660kJ•mol-1
则△H1=_____ kJ•mol-1,反应CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)的△H=_____ kJ•mol-1。
(2)一定条件下,在容积为2 L的密闭容器Q中充入a mol CO与b molH2合成甲醇:CO(g) +2H2(g) CH3OH(g)。测得平衡时混合气体中CH3OH的体积百分含量与温度、 压强之间的关系如图1所示,图2表示在一定温度下,H2的平衡转化率与反应开始时两种反应物的投料物质的量之比(用X表示)、压强之间的关系。
①压强相同时,温度为T1、T2时,反应达到平衡所需要的时间分别为t1、t2,则二者之间的相对大小为t1___ t2(填“>”、“<”、“=”或“无法确定”)。
②p1_____ p2(填“>”、“<”、“=”或“无法确定”)。
③若a =2,b=4,则压强为p1、温度为T1时该反应的平衡常数K=______________ 。
④若在压强为P1、温度为T1时,向Q容器中同时加入等物质的量的CO、H2、CH3OH三种气体,则反应开始时,v(CH3OH)正_____ v(CH3OH)逆(填“>”、“<”、“=”或“无法确定”)。
(3)甲醇燃料电池是一种具有高能量转化率的绿色电池,则用磷酸溶液作电解质时,负极的电极反应式为________________________ 。
(1)已知部分化学键键能数据如下:
化学键 | CO | O=O | C=O | C-O |
E/(kJ • mol-1) | 958.5 | 497 | 745 | 351 |
2CO(g) +O2(g)==2CO2(g) △H1
H2O(g)+CO(g)==H2(g) + CO2(g) △H2 = -41 kJ•mol-1
CH3OH(g)+ 3/2O2(g)==CO2(g)+2H2O(g) △H3 = -660kJ•mol-1
则△H1=
(2)一定条件下,在容积为2 L的密闭容器Q中充入a mol CO与b molH2合成甲醇:CO(g) +2H2(g) CH3OH(g)。测得平衡时混合气体中CH3OH的体积百分含量与温度、 压强之间的关系如图1所示,图2表示在一定温度下,H2的平衡转化率与反应开始时两种反应物的投料物质的量之比(用X表示)、压强之间的关系。
①压强相同时,温度为T1、T2时,反应达到平衡所需要的时间分别为t1、t2,则二者之间的相对大小为t1_
②p1
③若a =2,b=4,则压强为p1、温度为T1时该反应的平衡常数K=
④若在压强为P1、温度为T1时,向Q容器中同时加入等物质的量的CO、H2、CH3OH三种气体,则反应开始时,v(CH3OH)正
(3)甲醇燃料电池是一种具有高能量转化率的绿色电池,则用磷酸溶液作电解质时,负极的电极反应式为
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【推荐3】乙烯是重要的工业原料,可用下列方法制备。
Ⅰ、CO2催化加氢法制CH2=CH2:2CO2(g)+6H2(g)⇌CH2=CH2(g)+4H2O(g)ΔH
已知:H2、CH2=CH2的燃烧热分别为285.8kJ/mol、1411.0kJ/mol;
H2O(l)=H2O(g) ΔH1=+44.0kJ/mol
(1)该反应ΔH=___________ kJ/mol。
(2)在0.1MPa,将CO2和H2按个数比为2:3充入刚性容器中,分别在不同催化剂条件下发生反应,测得相同时间CO2的转化率与温度的关系如图所示:
①一定温度下,下列有关说法不正确的是___________ 。
A.向反应体系中加入少量无水CaCl2固体,可提高CH2=CH2的产率
B.达平衡时,c(CO2):c(H2)一定为2:3
C.当体系中压强不再改变时,反应一定达到平衡
D.使用合适的催化剂可以得到更多的CH2=CH2
②230℃时,Kp=___________ (列出计算式即可)
Ⅱ.乙醇消去法制CH2=CH2:C2H5OH(1)=CH2=CH2(g)+H2O(g) ΔH=+44.2kJ/mol。浓硫酸催化下,用C2H5OH制备CH2=CH2,乙醇转化率和乙烯选择性(生成乙烯的物质的量与乙醇转化的物质的量的比值)随温度、乙醇进料量的关系如图所示(保持其他条件相同)。
(3)当乙醇进料量一定时,温度升高,乙醇的转化率___________ 。该制备反应的最佳条件为 ___________ ,T3之后,乙烯选择性降低可能的原因为 ___________ 。
Ⅲ.电化学法制CH2=CH2:
(4)工业上用电解原理制备乙烯,装置如图所示:
①该电解池最好选___________ (填“阳”或“阴”)离子交换膜;
②阴极的电极反应为___________ 。
Ⅰ、CO2催化加氢法制CH2=CH2:2CO2(g)+6H2(g)⇌CH2=CH2(g)+4H2O(g)ΔH
已知:H2、CH2=CH2的燃烧热分别为285.8kJ/mol、1411.0kJ/mol;
H2O(l)=H2O(g) ΔH1=+44.0kJ/mol
(1)该反应ΔH=
(2)在0.1MPa,将CO2和H2按个数比为2:3充入刚性容器中,分别在不同催化剂条件下发生反应,测得相同时间CO2的转化率与温度的关系如图所示:
①一定温度下,下列有关说法不正确的是
A.向反应体系中加入少量无水CaCl2固体,可提高CH2=CH2的产率
B.达平衡时,c(CO2):c(H2)一定为2:3
C.当体系中压强不再改变时,反应一定达到平衡
D.使用合适的催化剂可以得到更多的CH2=CH2
②230℃时,Kp=
Ⅱ.乙醇消去法制CH2=CH2:C2H5OH(1)=CH2=CH2(g)+H2O(g) ΔH=+44.2kJ/mol。浓硫酸催化下,用C2H5OH制备CH2=CH2,乙醇转化率和乙烯选择性(生成乙烯的物质的量与乙醇转化的物质的量的比值)随温度、乙醇进料量的关系如图所示(保持其他条件相同)。
(3)当乙醇进料量一定时,温度升高,乙醇的转化率
Ⅲ.电化学法制CH2=CH2:
(4)工业上用电解原理制备乙烯,装置如图所示:
①该电解池最好选
②阴极的电极反应为
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【推荐1】合成氨技术的创立开辟了人工固氮的重要途径,其研究来自正确的理论指导,合成氨反应的平衡常数K值和温度的关系如表:
(1)①由上表数据可知该反应为____ 反应(填“放热”或“吸热”或“无法确定”)。
②下列措施能用勒夏特列原理解释是____ (填序号)。
a.增大压强有利于合成氨
b.使用合适的催化剂有利于快速生成氨
c.生产中需要升高温度至500℃左右
d.需要使用过量的N2,提高H2转化率
(2)0.2mol氨气溶于水后再与含有0.2mol硫酸的溶液恰好完全反应放热QkJ,写出该反应的热化学方程式(溶液用aq表示):____ 。
(3)已知N2(g)和H2(g)反应生成1molNH3(g)过程中能量变化如图所示(E1=1127kJ,E2=1173kJ)
根据以上键能数据计算N-H键的键能为____ kJ·mol-1。
(4)原料气H2可通过反应CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)获取,已知该反应中,当初始混合气中的甲烷与水蒸气的物质的量之比恒定时,温度、压强对平衡混合气CH4含量的影响如图所示:
①图中,两条曲线表示压强的关系是:P1____ P2(填“>”或“=”或“<”)。
②其它条件一定,升高温度,CH4的转化率会_____ (填“增大”或“减小”或“不变”)。
(5)原料气H2还可通过反应CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)获取。
①T℃时,向容积固定为5L的容器中充入1mol水蒸气和1molCO,反应达平衡后,测得CO的浓度为0.08mol/L,该温度下反应的平衡常数K值为____ 。
②保持温度仍为T℃,容积体积为5L,改变水蒸气和CO的初始物质的量之比,充入容器进行反应,下列描述能够说明体系处于平衡状态的是____ (填序号)。
a.容器内压强不随时间改变
b.混合气体的密度不随时间改变
c.单位时间内生成amolCO2的同时消耗amolH2
d.混合气中n(CO):n(H2O):n(CO2):n(H2)=1:16:6:6
温度(℃) | 360 | 440 | 520 |
K值 | 0.036 | 0.010 | 0.0038 |
②下列措施能用勒夏特列原理解释是
a.增大压强有利于合成氨
b.使用合适的催化剂有利于快速生成氨
c.生产中需要升高温度至500℃左右
d.需要使用过量的N2,提高H2转化率
(2)0.2mol氨气溶于水后再与含有0.2mol硫酸的溶液恰好完全反应放热QkJ,写出该反应的热化学方程式(溶液用aq表示):
(3)已知N2(g)和H2(g)反应生成1molNH3(g)过程中能量变化如图所示(E1=1127kJ,E2=1173kJ)
化学键 | H-H | N≡N |
键能(kJ·mol-1) | 436 | 946 |
(4)原料气H2可通过反应CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)获取,已知该反应中,当初始混合气中的甲烷与水蒸气的物质的量之比恒定时,温度、压强对平衡混合气CH4含量的影响如图所示:
①图中,两条曲线表示压强的关系是:P1
②其它条件一定,升高温度,CH4的转化率会
(5)原料气H2还可通过反应CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)获取。
①T℃时,向容积固定为5L的容器中充入1mol水蒸气和1molCO,反应达平衡后,测得CO的浓度为0.08mol/L,该温度下反应的平衡常数K值为
②保持温度仍为T℃,容积体积为5L,改变水蒸气和CO的初始物质的量之比,充入容器进行反应,下列描述能够说明体系处于平衡状态的是
a.容器内压强不随时间改变
b.混合气体的密度不随时间改变
c.单位时间内生成amolCO2的同时消耗amolH2
d.混合气中n(CO):n(H2O):n(CO2):n(H2)=1:16:6:6
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(0.4)
解题方法
【推荐2】苯乙烯是制备聚苯乙烯的单体。工业上,利用乙苯催化脱氢制取苯乙烯的反应:
(g)+CO2(g) (g)+CO(g)+ H2O(g) △H
(1)已知CO分子中化学键为C≡O。相关的化学键键能数据如下:
利用上表数据估算△H为___________ 。
(2)在三个体积相同的恒容密闭容器中充入CO2和乙苯蒸气发生上述反应,有关数据如下:
①T1______ T2(填“>”“<”或“=”,下同),a___________ 2.0。
②T1K时,容器I中平衡混合气体中苯乙烯体积分数为___________ ,假设容器I中起始压强为p0,用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数Kp=___________ 。[气体分压(p分)=气体总压(p总)×气体体积分数]
(3)一定温度下,在某催化剂作用下发生上述反应,其反应历程如下:
①由原料到状态I__________ (填“放出”或“吸收”)能量,判断依据是_______ 。
②如果其他条件不变,再通入CO2,如图所示的四幅图像中,符合乙苯平衡转化率与p(CO2)的关系的是___________ 。(填选项)
(g)+CO2(g) (g)+CO(g)+ H2O(g) △H
(1)已知CO分子中化学键为C≡O。相关的化学键键能数据如下:
化学键 | H-O | C≡O | C=O | H-H | C-H | C-C | C=C |
E/(kJ·L-1) | 463 | 1075 | 803 | 436 | 413 | 348 | 615 |
利用上表数据估算△H为
(2)在三个体积相同的恒容密闭容器中充入CO2和乙苯蒸气发生上述反应,有关数据如下:
容器 | 温度 | 起始反应物的物质的量/mol | 平衡时物质的物质的量/mol | |
CO2(g) | 乙苯(g) | 苯乙烯(g) | ||
Ⅰ | T1K | 2.0 | 2.0 | 1.0 |
Ⅱ | T2K | 2.0 | 2.0 | 0.75 |
Ⅲ | T1K | 4.0 | 4.0 | a |
①T1
②T1K时,容器I中平衡混合气体中苯乙烯体积分数为
(3)一定温度下,在某催化剂作用下发生上述反应,其反应历程如下:
①由原料到状态I
②如果其他条件不变,再通入CO2,如图所示的四幅图像中,符合乙苯平衡转化率与p(CO2)的关系的是
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(0.4)
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【推荐3】直接将转化为有机物并非植物的“专利”,科学家通过多种途径实现了合成甲醛,总反应为.转化步骤如图1所示:
(1)原料可通过捕捉技术从空气中或工业尾气中获取,写出一种常见的可作捕捉剂的廉价试剂___________ 。
(2)已知,则总反应的___________ (用图1中焓变以及表示)。
(3),在容积为的恒容密闭容器中充入和一定量,只发生可逆反应①。若起始时容器内气体压强为,达到平衡时,的分压与起始投料比的变化关系如图2所示。
(ⅰ)若时到达c点,则时的平均反应速率________ ;
(ⅱ)__________ (写计算表达式);
(ⅲ)c点时,再加入和,使两者分压均增大的转化率_____________ (填“增大”、“不变”或“减小”)。
(4)在恒温恒容条件下只发生反应②。关于该步骤的下列说法错误的是____________。
(5)已知Arrhenius公式:(为活化能,k为速率常数,R和C为常数)。反应①②的有关数据分别如图3所示,相对较小的是___________ ;研究表明,加入某极性介质有助于加快整个反应的合成速率,原因可能是___________ 。
(1)原料可通过捕捉技术从空气中或工业尾气中获取,写出一种常见的可作捕捉剂的廉价试剂
(2)已知,则总反应的
(3),在容积为的恒容密闭容器中充入和一定量,只发生可逆反应①。若起始时容器内气体压强为,达到平衡时,的分压与起始投料比的变化关系如图2所示。
(ⅰ)若时到达c点,则时的平均反应速率
(ⅱ)
(ⅲ)c点时,再加入和,使两者分压均增大的转化率
(4)在恒温恒容条件下只发生反应②。关于该步骤的下列说法错误的是____________。
A.若反应②正向为自发反应,需满足 |
B.若气体的平均相对分子质量保持不变,说明反应②体系已经达到平衡 |
C.增大的浓度,的平衡物质的量分数一定增大 |
D.反应②体系存在 |
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