丙烷脱氢制丙烯是较为理想的丙烯生产渠道。
(1)丙烷直接催化脱氢。在催化剂作用下,丙烷直接脱氢制丙烯反应历程中的相对能量变化如图所示(*表示催化剂表面吸附位点,如表示吸附在催化剂表面的)。①丙烷直接催化脱氢制丙烯反应的_______ 。
②该反应历程共分五步,其中速率控制步骤为第_______ 步。
③研究表明,实际生产中除使用催化剂外,还需控制反应温度在选择温度为的原因是_______ 。
(2)氧化丙烷脱氢。下,将不同组分的原料混合气以相同流速通过装有催化剂的反应床,测得转化率和选择性(选择性)随时间的变化关系如图所示,图中分别代表、的两种原料气。①随着反应的进行,4小时前A组分原料气中转化率和选择性均有所提升,且在反应床出口检测到。研究表明,氧化丙烷脱氢经历了以下两个反应:Ⅰ.;Ⅱ._______ 。(填化学方程式)
②反应进行至4小时后,B组分原料气的反应几乎无法进行,而A组分原料气的反应仍保持相对优异的稳定性,其可能原因是_______ 。
(3)丙烷燃料电池脱氢。一种质子导体燃料电池采用材料作阳极催化层,在阳极侧注入燃料气,阴极侧直接暴露于空气中,在下可实现丙烷高效脱氢制丙烯,装置如图所示。①电池工作时,负极发生主要反应的电极反应式为_______ 。
②与氧化丙烷脱氢相比,丙烷燃料电池脱氢制丙烯工艺的优点是_______ 。
(1)丙烷直接催化脱氢。在催化剂作用下,丙烷直接脱氢制丙烯反应历程中的相对能量变化如图所示(*表示催化剂表面吸附位点,如表示吸附在催化剂表面的)。①丙烷直接催化脱氢制丙烯反应的
②该反应历程共分五步,其中速率控制步骤为第
③研究表明,实际生产中除使用催化剂外,还需控制反应温度在选择温度为的原因是
(2)氧化丙烷脱氢。下,将不同组分的原料混合气以相同流速通过装有催化剂的反应床,测得转化率和选择性(选择性)随时间的变化关系如图所示,图中分别代表、的两种原料气。①随着反应的进行,4小时前A组分原料气中转化率和选择性均有所提升,且在反应床出口检测到。研究表明,氧化丙烷脱氢经历了以下两个反应:Ⅰ.;Ⅱ.
②反应进行至4小时后,B组分原料气的反应几乎无法进行,而A组分原料气的反应仍保持相对优异的稳定性,其可能原因是
(3)丙烷燃料电池脱氢。一种质子导体燃料电池采用材料作阳极催化层,在阳极侧注入燃料气,阴极侧直接暴露于空气中,在下可实现丙烷高效脱氢制丙烯,装置如图所示。①电池工作时,负极发生主要反应的电极反应式为
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更新时间:2024-05-22 07:19:11
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解答题-原理综合题
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较难
(0.4)
【推荐1】氮和硫的化合物在工农业生产、生活中具有重要应用。请回答下列问题:
航天领域中常用作为火箭发射的助燃剂。与氨气相似,是一种碱性气体,易溶于水,生成弱碱用电离方程式表示显碱性的原因是:________________ 。
在恒温条件下,和足量C发生反应,测得平衡时和的物质的量浓度与平衡总压的关系如图所示:
、B两点的浓度平衡常数关系:______ 填“”或“”或“”
、B、C三点中的转化率最高的是______ 填“A”或“B”或“C”点。
计算C点时该反应的压强平衡常数______ 是用平衡分压代替平衡浓度计算,分压总压物质的量分数。
已知:亚硝酸性质和硝酸类似,但它是一种弱酸。常温下亚硝酸的电离平衡常数;的,在常温下向含有2mol碳酸钠的溶液中加入1mol的后,则溶液中、和的离子浓度由大到小的顺序是______ 。
已知:常温下甲胺的电离常数为,且水溶液中有,常温下向溶液滴加稀硫酸至时,则溶液______ 。
一种煤炭脱硫技术可以把硫元素以的形成固定下来,但产生的CO又会与发生化学反应,相关的热化学方程式如下:
,反应______
航天领域中常用作为火箭发射的助燃剂。与氨气相似,是一种碱性气体,易溶于水,生成弱碱用电离方程式表示显碱性的原因是:
在恒温条件下,和足量C发生反应,测得平衡时和的物质的量浓度与平衡总压的关系如图所示:
、B两点的浓度平衡常数关系:
、B、C三点中的转化率最高的是
计算C点时该反应的压强平衡常数
已知:亚硝酸性质和硝酸类似,但它是一种弱酸。常温下亚硝酸的电离平衡常数;的,在常温下向含有2mol碳酸钠的溶液中加入1mol的后,则溶液中、和的离子浓度由大到小的顺序是
已知:常温下甲胺的电离常数为,且水溶液中有,常温下向溶液滴加稀硫酸至时,则溶液
一种煤炭脱硫技术可以把硫元素以的形成固定下来,但产生的CO又会与发生化学反应,相关的热化学方程式如下:
,反应
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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2】我国力争于2030年前做到碳达峰,2080年前实现碳中和。利用CO2合成工业产品是目前的科研热点之一,已知:
Ⅰ.
Ⅱ.
Ⅲ.
Ⅳ.
回答下列问题:
(1)二氧化碳与氢气生成甲醇蒸气和水蒸气的热化学方程式为_______ 。
(2)一定条件下。向10L恒容密闭容器中充入lmol CO2(g)和2mol H2(g)发生上述III、IV反应,实验测得反应平衡时CH3OH(g) 、H2O(g)的物质的量与压强的关系如图所示。
①图中表示H2O(g)和CH3OH(g)的物质的量与压强关系的曲线为_______ 、_______ (填“L1”或“L2”)。
②PaMPa时。若反应在5min时恰好达到平衡状态,则反应的平均速率v(CO2)_______ ;该温度下,反应Ⅲ的化学平衡常数K =_______ 。
(3)不同催化剂对产物的量会产生影响。在其他条件相同时,添加不同催化剂,经过相同时间后测得CO2转化率和各产物的物质的量分数如下表。欲提高单位时同内甲醇的产量,使用催化剂_______ 效果最好。
(4)在催化剂作用下CO2加氢可制得甲醇,该反应历程如图所示(吸附在催化剂表面的物质用*标注,如* CO2表示CO2吸附在催化剂表面:图中* H已省略)。
上述合成甲醇的反应速率较慢,该反应过程中决速步反应的化学方程式为_______ ,提高产物中甲醇选择性的方法是_______ 。
Ⅰ.
Ⅱ.
Ⅲ.
Ⅳ.
回答下列问题:
(1)二氧化碳与氢气生成甲醇蒸气和水蒸气的热化学方程式为
(2)一定条件下。向10L恒容密闭容器中充入lmol CO2(g)和2mol H2(g)发生上述III、IV反应,实验测得反应平衡时CH3OH(g) 、H2O(g)的物质的量与压强的关系如图所示。
①图中表示H2O(g)和CH3OH(g)的物质的量与压强关系的曲线为
②PaMPa时。若反应在5min时恰好达到平衡状态,则反应的平均速率v(CO2)
(3)不同催化剂对产物的量会产生影响。在其他条件相同时,添加不同催化剂,经过相同时间后测得CO2转化率和各产物的物质的量分数如下表。欲提高单位时同内甲醇的产量,使用催化剂
催化剂 | CO2转化率(%) | 各产物在总产物中的占比(%) | ||
CH3OH | CH3CH2OH | 其他 | ||
A | 30.5 | 35.9 | 39.6 | 24.5 |
B | 27.2 | 75.6 | 22.8 | 1.6 |
C | 19.8 | 80.7 | 12.5 | 16.8 |
(4)在催化剂作用下CO2加氢可制得甲醇,该反应历程如图所示(吸附在催化剂表面的物质用*标注,如* CO2表示CO2吸附在催化剂表面:图中* H已省略)。
上述合成甲醇的反应速率较慢,该反应过程中决速步反应的化学方程式为
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【推荐3】 肼(N2H4)具有强还原性,可用作火箭燃料、抗氧剂等。
(1)肼可以由氨气反应制得,已知部分化学键键能如下表所示:
①工业上合成氨的反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=____ kJ·mol-1
②合成氨反应的活化能很大,能加快反应速率但不改变反应活化能的方法是____ 。
(2)肼作火箭燃料与二氧化氮反应生成氮气和水。已知部分反应热化学方程式如下:
N2(g)+O2(g)=2NO(g) ΔH=+183 kJ·mol-1
2NO(g)+O2(g)=2NO2(g) ΔH=-116.2 kJ·mol-1
N2H4(g)+O2(g)=N2(g)+2H2O(g) ΔH=-543 kJ·mol-1
写出肼作火箭燃料时反应的热化学方程式____ 。
(3)肼-空气燃料电池是一种环保型燃料电池,结构如图所示;
①肼-空气燃料电池的负极反应式为____ 。
②全钒液流可充电电池结构如图所示,将肼-空气燃料电池的A极与全钒液流可充电电池的C极相连,B极与D极相连,写出阴极的电极反应式____ 。
(4)肼可用于处理高压锅炉水中的氧,防止锅炉被腐蚀。与使用Na2SO3处理水中溶解的O2相比,肼的优点是____ 。
(1)肼可以由氨气反应制得,已知部分化学键键能如下表所示:
化学键 | H—H | N≡N | N—H |
键能/kJ·molˉ1 | a | b | c |
②合成氨反应的活化能很大,能加快反应速率但不改变反应活化能的方法是
(2)肼作火箭燃料与二氧化氮反应生成氮气和水。已知部分反应热化学方程式如下:
N2(g)+O2(g)=2NO(g) ΔH=+183 kJ·mol-1
2NO(g)+O2(g)=2NO2(g) ΔH=-116.2 kJ·mol-1
N2H4(g)+O2(g)=N2(g)+2H2O(g) ΔH=-543 kJ·mol-1
写出肼作火箭燃料时反应的热化学方程式
(3)肼-空气燃料电池是一种环保型燃料电池,结构如图所示;
①肼-空气燃料电池的负极反应式为
②全钒液流可充电电池结构如图所示,将肼-空气燃料电池的A极与全钒液流可充电电池的C极相连,B极与D极相连,写出阴极的电极反应式
(4)肼可用于处理高压锅炉水中的氧,防止锅炉被腐蚀。与使用Na2SO3处理水中溶解的O2相比,肼的优点是
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【推荐1】将天然气(主要成分为)中的、资源化转化在能源利用。环境保护等方面意义重大。
(1)转化为CO、转化为S的反应如下:
i. kJ/mol
ii. kJ/mol
iii.、转化生成CO、S等物质的热化学方程是___________ 。
(2)性质稳定,是一种“惰性”分子。对于反应iii,通过设计合适的催化剂可以降低反应的___________ ,提高反应速率。
a.活化能 b. c.平衡常数
(3)我国科学家通过研制新型催化剂,设计协同转化装置实现反应,工作原理如图所示。
【方案1】若
①结合化学用语说明生成S、CO的原理:___________ 。
【方案2】若
电流效率的定义
②测得,,阴极放电的物质有___________ ;
③为进一步确认、能协同转化,对CO的来源分析如下:
来源1:通过电极反应产生CO;
来源2:电解质(含碳元素)等碳基材料发生降解,产生CO。
设计实验探究,证实来源2不成立。实验方案是___________ 。
结论:方案2明显优于方案1。该研究成果为天然气的净化、资源化转化提供了工业化解决思路。
(1)转化为CO、转化为S的反应如下:
i. kJ/mol
ii. kJ/mol
iii.、转化生成CO、S等物质的热化学方程是
(2)性质稳定,是一种“惰性”分子。对于反应iii,通过设计合适的催化剂可以降低反应的
a.活化能 b. c.平衡常数
(3)我国科学家通过研制新型催化剂,设计协同转化装置实现反应,工作原理如图所示。
【方案1】若
①结合化学用语说明生成S、CO的原理:
【方案2】若
电流效率的定义
②测得,,阴极放电的物质有
③为进一步确认、能协同转化,对CO的来源分析如下:
来源1:通过电极反应产生CO;
来源2:电解质(含碳元素)等碳基材料发生降解,产生CO。
设计实验探究,证实来源2不成立。实验方案是
结论:方案2明显优于方案1。该研究成果为天然气的净化、资源化转化提供了工业化解决思路。
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解答题-原理综合题
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(0.4)
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解题方法
【推荐2】一种通过铁基氧载体(Fe3O4/FeO)深度还原和再生来合成二甲醚(CH3OCH3)的原理如下图:
(1)二甲醚的合成反应:3CO(g)+3H2(g)CH3OCH3(g)+CO2(g) △H1
①已知CO、H2与CH3OCH3的燃烧热(△H)分别为akJ/mol、bkJ/mol、ckJ/mol (a、b、c均小于0),则△H1=____ kJ/mol。
②该反应选用CuO/ZnO/Al2O3复合催化剂,该催化剂能_______ (填标号)。
A.促进平衡正向移动 B.提高反应速率
C.降低反应的活化能 D.改变反应的焓变
(2)CH4氧化器中发生的主反应:
i.CH4(g)+Fe3O4(s)CO(g)+2H2(g)+3FeO(s)
ii.CH4(g)+4Fe3O4(s)CO2(g)+2H2O(g)+12FeO(s)
850℃时,压强和部分气体体积分数、固相各组分质量分数的关系如右下图。
①随着压强的增大,反应i的平衡常数K值____ (填“增大”、“减小”或“不变”)。
②结合图象,分析H2O的体积分数变化的原因_________ (用化学方程式表示)。
(3)将一定量的FeO和CO2 置于CO2 还原器(体积不变的密闭容器)中,发生的主反应:
CO2(g) +3FeO(s)Fe3O4(s) +CO(g) △H2
保持其他条件不变,测得不同温度下最终反应体系中CO、CO2体积分数如下表。
①△H2_____ 0(填“>”或“<”)。
②若在150 ℃时进行上述转化,理论转化率α(FeO)=______ 。
③在上述反应体系中,一定可以说明该反应达到平衡状态的是_____ (填标号)。
A.体系的压强不变 B. CO2 的 物质的量不变
C.CO的生成速率和消耗速率相等且不等于零 D.气体的平均摩尔质量不变
④根据化学反应原理,分析CO2 还原器温度设置在170 ℃的原因_________ 。
(1)二甲醚的合成反应:3CO(g)+3H2(g)CH3OCH3(g)+CO2(g) △H1
①已知CO、H2与CH3OCH3的燃烧热(△H)分别为akJ/mol、bkJ/mol、ckJ/mol (a、b、c均小于0),则△H1=
②该反应选用CuO/ZnO/Al2O3复合催化剂,该催化剂能
A.促进平衡正向移动 B.提高反应速率
C.降低反应的活化能 D.改变反应的焓变
(2)CH4氧化器中发生的主反应:
i.CH4(g)+Fe3O4(s)CO(g)+2H2(g)+3FeO(s)
ii.CH4(g)+4Fe3O4(s)CO2(g)+2H2O(g)+12FeO(s)
850℃时,压强和部分气体体积分数、固相各组分质量分数的关系如右下图。
①随着压强的增大,反应i的平衡常数K值
②结合图象,分析H2O的体积分数变化的原因
(3)将一定量的FeO和CO2 置于CO2 还原器(体积不变的密闭容器)中,发生的主反应:
CO2(g) +3FeO(s)Fe3O4(s) +CO(g) △H2
保持其他条件不变,测得不同温度下最终反应体系中CO、CO2体积分数如下表。
温度t/℃ | 100 | 170 | 200 | 300 | 400 | 500 |
CO2 体积分数 | 0.67 | 0.67 | 0.75 | 0.82 | 0.9 | 0.92 |
CO体积分数 | 0.33 | 0.33 | 0.25 | 0.18 | 0.1 | 0.08 |
①△H2
②若在150 ℃时进行上述转化,理论转化率α(FeO)=
③在上述反应体系中,一定可以说明该反应达到平衡状态的是
A.体系的压强不变 B. CO2 的 物质的量不变
C.CO的生成速率和消耗速率相等且不等于零 D.气体的平均摩尔质量不变
④根据化学反应原理,分析CO2 还原器温度设置在170 ℃的原因
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解答题-结构与性质
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(0.4)
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【推荐3】碳酸二甲酯( )是一种绿色化工原料。用于汽车、医疗器械等领域。以甲醇为原料生产碳酸二甲酯的反应过程如下。
i.
ii.
(1)碳酸二甲酯分子中碳原子的杂化类型是___________ 。
(2)CuCl中,基态的价电子排布式为___________ ,CuCl在生产碳酸二甲酯的反应过程中所起的作用是___________ 。
(3)上述方法中,甲醇单位时间内的转化率较低。为分析原因,查阅如下资料。
i.甲醇单位时间内的转化率主要受(+1价铜元素)浓度的影响。
ii.CuCl在甲醇中溶解度较小,且其中的易被氧化为难溶的CuO。
iii.加入4-甲基咪唑( )可与形成配合物, 可提高甲醇的转化率。4-甲基咪唑中,1号N原子的孤电子对因参与形成大π键,电子云密度降低。
请结合信息回答以下问题。
①4-甲基咪唑中,1~4号原子___________ (填“在”或“不在”)同一平面上,___________ (填“1”或“3”)号N原子更容易与形成配位键。
②加入4-甲基咪唑后,甲醇转化率提高,可能的原因是___________ (填序号)。
a.配合物中的-NH结构可增大其在甲醇中的溶解度
b.通过形成配合物,避免被氧化为难溶的CuO
c.形成的配合物能增大反应的限度
(4)配位原子提供孤电子对的能力是影响配体与之间配位键强度的一个重要因素。若用某结构相似的含O配体与配位,所得配合物的稳定性比含N配体低,可能的原因是___________ 。
i.
ii.
(1)碳酸二甲酯分子中碳原子的杂化类型是
(2)CuCl中,基态的价电子排布式为
(3)上述方法中,甲醇单位时间内的转化率较低。为分析原因,查阅如下资料。
i.甲醇单位时间内的转化率主要受(+1价铜元素)浓度的影响。
ii.CuCl在甲醇中溶解度较小,且其中的易被氧化为难溶的CuO。
iii.加入4-甲基咪唑( )可与形成配合物, 可提高甲醇的转化率。4-甲基咪唑中,1号N原子的孤电子对因参与形成大π键,电子云密度降低。
请结合信息回答以下问题。
①4-甲基咪唑中,1~4号原子
②加入4-甲基咪唑后,甲醇转化率提高,可能的原因是
a.配合物中的-NH结构可增大其在甲醇中的溶解度
b.通过形成配合物,避免被氧化为难溶的CuO
c.形成的配合物能增大反应的限度
(4)配位原子提供孤电子对的能力是影响配体与之间配位键强度的一个重要因素。若用某结构相似的含O配体与配位,所得配合物的稳定性比含N配体低,可能的原因是
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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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(0.4)
【推荐2】已知:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH<0。在密闭容器中,充入2 mol N2和6 mol H2使之发生反应:
(1)当反应达到平衡时,N2和H2的转化率之比是_______ 。
(2)当达到平衡时,保持体积不变充入氩气,平衡将向_______ (填“向左”“向右”或“不”,下同)移动。
(3)当达到平衡时,将c(N2)、c(H2)、c(NH3)同时减半,平衡将_______ 移动。
(4)若有两容器都充入2 mol N2和6 mol H2,甲容器保持恒温、恒容,乙容器保持恒容绝热,同时开始反应,先达平衡的是_______ (填“甲”或“乙”)容器,甲中N2的转化率比乙中的更_______ (填“高”或“低”)。
(5)在密闭容器中进行反应2NO(g)+O2(g) 2NO2(g) ΔH<0。该反应的反应速率(v)随时间(t)变化的关系如图所示,若t2、t4时刻只改变一个条件,下列说法正确的是_______(填字母)。
(1)当反应达到平衡时,N2和H2的转化率之比是
(2)当达到平衡时,保持体积不变充入氩气,平衡将向
(3)当达到平衡时,将c(N2)、c(H2)、c(NH3)同时减半,平衡将
(4)若有两容器都充入2 mol N2和6 mol H2,甲容器保持恒温、恒容,乙容器保持恒容绝热,同时开始反应,先达平衡的是
(5)在密闭容器中进行反应2NO(g)+O2(g) 2NO2(g) ΔH<0。该反应的反应速率(v)随时间(t)变化的关系如图所示,若t2、t4时刻只改变一个条件,下列说法正确的是_______(填字母)。
A.在t1~t2时,可依据定容容器内气体的压强保持不变判断反应已达到平衡状态 |
B.在t2时,采取的措施可以是升高温度 |
C.在t3~t4时,可依据容器内气体的密度保持不变判断反应已达到平衡状态 |
D.在t5时,容器内NO2的体积分数是整个过程中的最大值 |
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解答题-原理综合题
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(0.4)
解题方法
【推荐3】甲烷化技术是煤制天然气最核心、最关键的技术。
甲烷化主要反应:Ⅰ、
主要积炭反应:Ⅱ、
Ⅲ、
回答下列问题:
(1)计算副反应的___________ ;若反应Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的平衡常数分别为a、b、c,则副反应的平衡常数___________ (用含a、b、c的代数式表示)。
(2)将的混合气体充入某密闭容器中,在T和x下反应Ⅰ达到平衡时(假设其他反应不发生),的分压与的分压相等,此时的平衡转化率为___________ ,压强平衡常数___________ (是以分压表示的平衡常数,分压=总压×物质的量分数)。
(3)控制起始时,测得平衡时在不同压强下的平衡转化率和积炭率分别如图1、图2所示:
①图1中压强由大到小的顺序为___________ 。
②图2中,在相同的较高温度下,压强越小,积炭率越高的主要原因是___________ 。
③图2中,在较高温度下,同一压强时,积炭率先增大后减小,其中减小的可能原因是___________ 。
甲烷化主要反应:Ⅰ、
主要积炭反应:Ⅱ、
Ⅲ、
回答下列问题:
(1)计算副反应的
(2)将的混合气体充入某密闭容器中,在T和x下反应Ⅰ达到平衡时(假设其他反应不发生),的分压与的分压相等,此时的平衡转化率为
(3)控制起始时,测得平衡时在不同压强下的平衡转化率和积炭率分别如图1、图2所示:
①图1中压强由大到小的顺序为
②图2中,在相同的较高温度下,压强越小,积炭率越高的主要原因是
③图2中,在较高温度下,同一压强时,积炭率先增大后减小,其中减小的可能原因是
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【推荐1】“低碳经济”已成为全世界科学家研究的重要课题。为减小和消除 CO2对环境的影响,一方面世界各国都在限制其排放量,另一方面科学家加强了对 CO2 创新利用的研究。
(1)已知:①CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g) △H=-41kJ/mol
②C(s)+2H2(g)CH4(g) △H=-73kJ/mol
③2CO(g)C(s)+CO2(g) △H=-171kJ/mol
写出CO2与H2反应生成CH4和H2O(g)的热化学方程式:_____ 。
(2)目前工业上有一种方法是用 CO2来生产燃料甲醇。为探究该反应原理,在容积为 2L密闭容器中,充入1molCO2和 3.25molH2在一定条件下发生反应,测得 CO2、CH3OH(g)和 H2O(g)的物质的量(n)随时间的变化如图所示:
①从反应开始到平衡,氢气的平均反应速率v(H2)=____ 。
②下列措施一定不能使CO2的平衡转化率增大的是____ (填字母)。
A.在原容器中再充入1molCO2
B.在原容器中再充入1molH2
C.在原容器中充入1mol氦气
D.使用更有效的催化剂
E.缩小容器的容积
F.将水蒸气从体系中分离
(3)煤化工通常研究不同条件下CO转化率以解决实际问题。已知在催化剂存在条件下反应:CO(g)+H2O(g)⇌H2(g)+CO2(g)的平衡转化率随p(H2O)/p(CO)及温度变化关系如图所示:
①上述反应的正反应方向是____ (填“吸热”或“放热”)反应;
②对于气相反应,用某组分(B)的平衡压强(pB)代替物质的量浓度(cB)也可以表示平衡常数(记作 Kp),则在恒温密闭容器中,该反应的Kp与Kc的关系是_______ ,如果提高p(H2O)/p(CO),则Kp_______ (填“变大”“变小”或“不变”);使用铁镁催化剂的实际工业流程中,一般采用400℃左右,p(H2O)/p(CO) =3~5,采取此条件的原因可能是 _________ 。
(4)科学家用氮化镓材料与铜组装成如图所示的人工光合系统,利用该装置实现了用CO2和H2O合成CH4。下列关于该电池的叙述正确的是____ (填字母)。
A.该装置能量转化形式仅存在太阳能转化为电能
B.铜电极为正极,电极反应式为CO2+8e-+8H+=CH4+2H2O
C.电池内部H+透过质子交换膜从左向右移动
D.反应结束后,理论上溶液的 pH 值保持不变
(1)已知:①CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g) △H=-41kJ/mol
②C(s)+2H2(g)CH4(g) △H=-73kJ/mol
③2CO(g)C(s)+CO2(g) △H=-171kJ/mol
写出CO2与H2反应生成CH4和H2O(g)的热化学方程式:
(2)目前工业上有一种方法是用 CO2来生产燃料甲醇。为探究该反应原理,在容积为 2L密闭容器中,充入1molCO2和 3.25molH2在一定条件下发生反应,测得 CO2、CH3OH(g)和 H2O(g)的物质的量(n)随时间的变化如图所示:
①从反应开始到平衡,氢气的平均反应速率v(H2)=
②下列措施一定不能使CO2的平衡转化率增大的是
A.在原容器中再充入1molCO2
B.在原容器中再充入1molH2
C.在原容器中充入1mol氦气
D.使用更有效的催化剂
E.缩小容器的容积
F.将水蒸气从体系中分离
(3)煤化工通常研究不同条件下CO转化率以解决实际问题。已知在催化剂存在条件下反应:CO(g)+H2O(g)⇌H2(g)+CO2(g)的平衡转化率随p(H2O)/p(CO)及温度变化关系如图所示:
①上述反应的正反应方向是
②对于气相反应,用某组分(B)的平衡压强(pB)代替物质的量浓度(cB)也可以表示平衡常数(记作 Kp),则在恒温密闭容器中,该反应的Kp与Kc的关系是
(4)科学家用氮化镓材料与铜组装成如图所示的人工光合系统,利用该装置实现了用CO2和H2O合成CH4。下列关于该电池的叙述正确的是
A.该装置能量转化形式仅存在太阳能转化为电能
B.铜电极为正极,电极反应式为CO2+8e-+8H+=CH4+2H2O
C.电池内部H+透过质子交换膜从左向右移动
D.反应结束后,理论上溶液的 pH 值保持不变
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【推荐2】甲醇既可用于基本有机原料,又可作为燃料用于替代矿物燃料。
(1)以下是工业上合成甲醇的反应:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H,下表所列数据是该反应在不同温度下的化学平衡常数(K)
由表中数据判断反应为___________ 热反应(填“吸”或“放”);某温度下,将2molCO和6molH2充入2L的密闭容器中,充分反应,达到平衡后,测得c(CO)=0.2mol/L,则CO的转化率为___________ ,此时的温度为___________ (从表中选择)。
(2)已知在常温常压下:
①2CH3OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(g) △H1kJ/mol
②2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) △H2kJ/mol
③H2O(g)=H2O(l) △H3kJ/mol
则CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2H2O(l) △H=___________ kJ/mol(用△H1、△H2、△H3表示)
(3)现以甲醇燃料电池,采用电解法来处理酸性含铬废水(主要含有)时,实验室利用如图装置模拟该法:N电极的电极反应式为___________ 。
(4)处理废水时,最后Cr3+以Cr(OH)3形式除去,当c(Cr3+)=1×10-5mol·L-1时,Cr3+沉淀完全,此时溶液的pH=___________ 。(已知,Ksp=6.4×10-31,lg2=0.3)
(1)以下是工业上合成甲醇的反应:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H,下表所列数据是该反应在不同温度下的化学平衡常数(K)
温度 | 250℃ | 300℃ | 350℃ |
K | 2.041 | 0.270 | 0.012 |
(2)已知在常温常压下:
①2CH3OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(g) △H1kJ/mol
②2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) △H2kJ/mol
③H2O(g)=H2O(l) △H3kJ/mol
则CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2H2O(l) △H=
(3)现以甲醇燃料电池,采用电解法来处理酸性含铬废水(主要含有)时,实验室利用如图装置模拟该法:N电极的电极反应式为
(4)处理废水时,最后Cr3+以Cr(OH)3形式除去,当c(Cr3+)=1×10-5mol·L-1时,Cr3+沉淀完全,此时溶液的pH=
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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3】
(1)工业合成氨时,合成塔中每产生1molNH3,放出46.1kJ的热量。
某小组研究在500℃下该反应过程中的能量变化。他们分别在体积均为VL的两个恒温恒容密闭容器中加入一定量的反应物,使其在相同温度下发生反应。相关数据如下:
①容器a中,0~t1时间的平均反应速率为υ(H2)= ___________ 。
②下列叙述正确的是________ (填字母序号)。
A.容器b中反应达平衡状态时,Q>73.76kJ
B.平衡时,两容器中H2的体积分数相等
C.反应开始时,两容器中反应的化学反应速率相等
D.平衡时,容器中N2的转化率:a<b
(2)以氨为原料,合成尿素的反应原理为:2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(l)+H2O(g) ΔH = a kJ·mol-1。
为研究平衡时CO2的转化率与反应物投料比[]及温度的关系,研究小组在10 L恒容密闭容器中进行模拟反应。(Ⅰ、Ⅱ曲线分别表示在不同投料比时,CO2的转化率与温度之间的关系)。
①a_______ 0 (填“>”或“<”)。
②若n(CO2)起始 =10 mol,曲线Ⅱ的投料比为0.4,在100℃条件下发生反应,达平衡至A点,则A点与起始压强比为_______ 。
③A点平衡常数与B点平衡常数间的关系:KA_______ KB (填“>”或“<”或“=”)。
(3)利用氨气与空气催化氧化法制取联氨N2H4.如图是由“联氨—空气”形成的绿色燃料电池,以石墨为电极的电池工作原理示意图,b电极为_______ 极(填“正”或“负”),写出该电池工作时a电极的电极反应式_______ 。
(1)工业合成氨时,合成塔中每产生1molNH3,放出46.1kJ的热量。
某小组研究在500℃下该反应过程中的能量变化。他们分别在体积均为VL的两个恒温恒容密闭容器中加入一定量的反应物,使其在相同温度下发生反应。相关数据如下:
容器 | 起始时各物质物质的量/mol | 达到平衡的时间 | 达平衡时体系能量的变化/kJ | ||
N2 | H2 | NH3 | |||
a | 1 | 4 | 0 | t1 min | 放出热量:36.88kJ |
b | 2 | 8 | 0 | t2 min | 放出热量:Q |
②下列叙述正确的是
A.容器b中反应达平衡状态时,Q>73.76kJ
B.平衡时,两容器中H2的体积分数相等
C.反应开始时,两容器中反应的化学反应速率相等
D.平衡时,容器中N2的转化率:a<b
(2)以氨为原料,合成尿素的反应原理为:2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(l)+H2O(g) ΔH = a kJ·mol-1。
为研究平衡时CO2的转化率与反应物投料比[]及温度的关系,研究小组在10 L恒容密闭容器中进行模拟反应。(Ⅰ、Ⅱ曲线分别表示在不同投料比时,CO2的转化率与温度之间的关系)。
①a
②若n(CO2)起始 =10 mol,曲线Ⅱ的投料比为0.4,在100℃条件下发生反应,达平衡至A点,则A点与起始压强比为
③A点平衡常数与B点平衡常数间的关系:KA
(3)利用氨气与空气催化氧化法制取联氨N2H4.如图是由“联氨—空气”形成的绿色燃料电池,以石墨为电极的电池工作原理示意图,b电极为
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