组卷网 > 高中化学综合库 > 化学反应原理 > 化学反应的热效应 > 化学反应热的计算 > 盖斯定律及其有关计算 > 盖斯定律与热化学方程式
题型:解答题-原理综合题 难度:0.4 引用次数:25 题号:22904215
随着煤和石油等不可再生能源的日益枯竭,同时在“碳达峰”与“碳中和”可持续发展的目标下,作为清洁能源的天然气受到了广泛的关注。甲烷干重整反应(DRM)可以将两种温室气体()直接转化为合成气(主要成分为CO和),兼具环境效益和经济效益。
(1)已知:、CO和的燃烧热(ΔH)分别为。写出甲烷干重整反应的热化学方程式:___________
(2)甲烷干重整过程中可能存在反应:
R1:(主反应)
R2:
R3:
R4:
R5:
①下图表示R1反应中___________(填化学式)固体的晶胞结构。

②各反应的(K为各反应的平衡常数)与温度的关系如图所示。

由图可知,为提高主反应的转化率应___________(填“升高温度”或“降低温度”),简述判断的理由:___________
(3)在、进料配比、温度为500~1000℃的条件下,甲烷干重整过程中甲烷的转化率、的转化率和积碳率随着温度变化的规律如图所示。

①甲烷干重整的最佳温度为___________℃。
②在最佳温度、p压强下,向某2L的恒容密闭容器中加入2mol 和2mol ,设只发生R1、R2两个反应。达平衡后,测得容器中CO的浓度为1.4的转化率为90%,则此时R1反应的压强平衡常数___________(保留两位有效数字,压强平衡常数用各组分的平衡分压代替物质的量浓度进行计算,平衡分压=物质的量分数×平衡总压强)。
(4)恒容绝热条件下仅发生主反应时,下列情况能说明该反应达到平衡状态的有___________(填标号)。
A.的转化率相等B.
C.的体积分数保持不变D.体系的温度不再变化

(5)合成气可以用于生成甲醇,在容积为2L的恒容密闭容器中加入2mol 和1mol CO,发生反应(未配平),各组分的物质的量随时间的变化如图所示。

0~5min内___________;15min时改变的条件不可能是___________(填标号)。
A.充入                           B.充入CO                           C.通入惰性气体

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(1)“可燃冰”作为能源的优点是_______________________________(回答一条即可)。
(2)甲烷自热重整是一种先进的制氢方法,包含甲烷氧化和蒸汽重整两个过程。向反应系统同时通入甲烷、氧气和水蒸气,发生的主要化学反应如下:
反应过程化学方程式焓变△H(kJ.mol-l)活化能E.(kJ.mol-1)
甲烷氧化CH4(g)+O2(g)CO(g)+2H2O(g)-802.6125.6
CH4(g)+O2(g)CO2(g)+2H2(g)-322.0172.5
蒸气重整CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)+206.2240.1
CH4(g)+2H2O(g)CO2(g)+4H2(g)+158. 6243.9
回答下列问题:
①在初始阶段,甲烷蒸汽重整的反应速率______(填“大于”“小于”或“等于”)甲烷氧化的反应速率。
②反应CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) 的平衡转化率与温度、压强关系[其中n(CH4):n(H2O)=1:1]如图所示。
   
该反应在图中A点的平衡常数Kp=________(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数),图中压强(p1、p2、p3、p4)由大到小的顺序为___________
③从能量角度分析,甲烷自热重整方法的先进之处在于___________
(3)甲烷超干重整CO2技术可得到富含CO的气体,其能源和环境上的双重意义重大,甲烷超干重整CO2的催化转化原理如图所示。
   
①过程II中第二步反应的化学方程式为_________
②过程II的催化剂是______,只有过程I投料比_______,催化剂组成才会保持不变。
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(1)一氧化二氮是一种强大的温室气体,可用CO(g)在Co*的催化作用下还原N2O(g)以除去污染,反应的化学方程式为CO(g)+N2O(g)CO2(g)+N2(g),其反应历程和能量变化如图所示(逸出后物质认为状态未发生变化,在图中略去)。

该反应分两步进行:
第一步:Co*(s)+N2O(g)CoO*(s)+N2(g)   ΔH=+15.9kJ/mol;
第二步:___________(填写第二步反应的热化学方程式)。
(2)汽车尾气中的NO可以和CO在催化转换器中发生反应,以减少尾气污染。某温度时,向2L恒容密闭体系中通入2molCO和1molNO气体,发生反应2CO(g)+2NO(g)N2(g)+2CO2(g),下列能说明反应达到平衡状态的是___________(填序号)。
a.2v(NO)=v(N2)
b.体系中混合气体密度不再改变
c.CO与NO转化率的比值不再改变
d.该温度下,的值不再改变
(3)某研究小组探究温度和催化剂对CO、NO转化率的影响。将CO和NO按物质的量之比1∶1以一定的流速分别通过两种催化剂(Cat-1和Cat-2)进行反应,相同时间内测量逸出气体中NO的含量,从而确定尾气脱氮率(即NO的转化率),结果如图所示:

①250℃脱氮率较好的催化剂是___________(填“Cat-1”或“Cat-2”)。
②催化剂在Cat-2条件下,450℃后,脱氮率随温度升高而下降的原因是___________
(4)用H2也可还原NO气体,其反应为2H2(g)+2NO(g)N2(g)+2H2O(g)   ΔH=-752kJ/mol。
为研究H2和NO的起始投料比对NO平衡转化率的影响,分别在不同温度下,向三个体积均为aL的刚性密闭容器中加入一定量H2和NO发生反应,实验结果如图:

①反应温度T1、T2、T3从低到高的关系为___________﹔判断理由是___________
②T1温度下,充入H2、NO分别为3mol、3mol,容器内的压强为wPa,反应进行到6min时达平衡,0~6min内N2的平均反应速率为___________mol·L-1·min-1,该反应的平衡常数Kp=___________(写出计算表达式)。
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化学式HFH2CO3H2S
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(Ka)
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