氨是现代社会中必不可少的原料。催化合成氨是氮循环的重要一环。
(1)目前工业上用氢气和氮气合成氨。
①写出工业合成氨的化学方程式_____________________________ 。
② NH3和PH3的分解温度分别是600℃和500℃,热稳定性差异的原因是
____________________________________________________ ,
元素的非金属性逐渐减弱,氢化物稳定性逐渐减弱。
(2)工业合成氨主要经过原料气(N2、H2)的制取、净化、压缩合成三大过程。
①天然气蒸汽转化法是目前获取原料气中H2的主流方法。CH4经过两步反应完全转化为H2和CO2,其能量变化示意图如下:
1mol CH4(g)通过蒸汽转化为CO2(g)和H2(g)的热化学方程式是
______________________________________________________ 。
②CO变换过程可由Fe2O3催化完成。将下述催化过程补充完整:
i.3Fe2O3 + CO = 2Fe3O4 + CO2
ii._____________________________________________
③醋酸铜氨液可以吸收原料气中CO等少量杂质。吸收CO反应为:
[Cu(NH3)2]Ac(aq)+NH3(aq)+CO(g)==[Cu(NH3)3CO]Ac(aq) △H <0。
下图表示压强和温度对醋酸铜氨液吸收CO能力的影响。L(L1、L2),X可分别代表压强或温度。
i.X代表的物理量是_________ 。
ii.判断L1、L2的大小关系并简述理由_________________________________________ 。
(3)电化学法也可合成氨。下图是用低温固体质子导体作为电解质,用Pt-C3N4作阴极催化剂电解H2(g)和N2(g)合成NH3的原理示意图:
①Pt-C3N4电极反应产生的气体是NH3和______ 。
②实验表明,其它条件不变,逐渐增加电解电压,氨气生成速率会逐渐增大,但当电解电压高于1.2V后,氨气生成速率反而会随电压升高而下降,分析其可能原因_________________________ 。
(1)目前工业上用氢气和氮气合成氨。
①写出工业合成氨的化学方程式
② NH3和PH3的分解温度分别是600℃和500℃,热稳定性差异的原因是
元素的非金属性逐渐减弱,氢化物稳定性逐渐减弱。
(2)工业合成氨主要经过原料气(N2、H2)的制取、净化、压缩合成三大过程。
①天然气蒸汽转化法是目前获取原料气中H2的主流方法。CH4经过两步反应完全转化为H2和CO2,其能量变化示意图如下:
1mol CH4(g)通过蒸汽转化为CO2(g)和H2(g)的热化学方程式是
②CO变换过程可由Fe2O3催化完成。将下述催化过程补充完整:
i.3Fe2O3 + CO = 2Fe3O4 + CO2
ii.
③醋酸铜氨液可以吸收原料气中CO等少量杂质。吸收CO反应为:
[Cu(NH3)2]Ac(aq)+NH3(aq)+CO(g)==[Cu(NH3)3CO]Ac(aq) △H <0。
下图表示压强和温度对醋酸铜氨液吸收CO能力的影响。L(L1、L2),X可分别代表压强或温度。
i.X代表的物理量是
ii.判断L1、L2的大小关系并简述理由
(3)电化学法也可合成氨。下图是用低温固体质子导体作为电解质,用Pt-C3N4作阴极催化剂电解H2(g)和N2(g)合成NH3的原理示意图:
①Pt-C3N4电极反应产生的气体是NH3和
②实验表明,其它条件不变,逐渐增加电解电压,氨气生成速率会逐渐增大,但当电解电压高于1.2V后,氨气生成速率反而会随电压升高而下降,分析其可能原因
更新时间:2017-04-30 22:12:50
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【推荐1】火力发电厂释放出大量的氮氧化物(NOx)、二氧化硫和二氧化碳等气体会对环境造成严重影响。对燃煤废气进行脱硝、脱碳和脱硫等处理,可实现绿色环保、节能减排、废物利用等目的。
(1)脱硝:利用甲烷催化还原NOx:
CH4(g)+4NO2(g)===4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H1=-574 kJ/mol
CH4(g)+4NO(g)===2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H2=-1160 kJ/mol
则甲烷直接将NO2还原为N2的热化学方程式为__________
(2)脱碳:I.CO2转化为甲醇的热化学方程式为:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H3 ①取五份等体积的CO2和H2的混合气体(物质的量之比均为1∶3),分别加入温度不同、容积相同的恒容密闭容器中,发生上述反应,反应相同时间后,测得甲醇的体积分数φ(CH3OH)与反应温度T的关系曲线如上图所示,则上述CO2转化为甲醇的反应热△H3_________ 0(填“>”、“<”或“=”)该反应的平衡常数表达式为__________ 。
②在一恒温恒容密闭容器中充入1 mol CO2和3 mol H2,进行上述反应。测得CO2和CH3OH(g)的浓度随时间变化如下图所示。试回答:
0—10 min内,氢气的平均反应速率为_________ mol/(L·min)。
第10 min后,若向该容器中再充入1 mol CO2和3 mol H2,则再次达到平衡时CH3OH(g)的体积分数__________ (填“变大”、“减少”或“不变”)。
Ⅱ.在催化作用下,甲烷和二氧化碳还可以直接转化成乙酸。
①在不同温度下乙酸的生成速率如图所示:在250—400℃范围内,乙酸的生成速率随温度变化的原因是__________ 。
②实际生产选择的最佳温度是__________ 。
(3)脱硫:有学者想利用如图所示装置用原电池原理将SO2转化为重要的化工原料,A、B是惰性电极。则电子流出的电极为__________ (用A或B表示),A极的电极反应式为 __________ 。
(1)脱硝:利用甲烷催化还原NOx:
CH4(g)+4NO2(g)===4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H1=-574 kJ/mol
CH4(g)+4NO(g)===2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H2=-1160 kJ/mol
则甲烷直接将NO2还原为N2的热化学方程式为
(2)脱碳:I.CO2转化为甲醇的热化学方程式为:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H3 ①取五份等体积的CO2和H2的混合气体(物质的量之比均为1∶3),分别加入温度不同、容积相同的恒容密闭容器中,发生上述反应,反应相同时间后,测得甲醇的体积分数φ(CH3OH)与反应温度T的关系曲线如上图所示,则上述CO2转化为甲醇的反应热△H3
②在一恒温恒容密闭容器中充入1 mol CO2和3 mol H2,进行上述反应。测得CO2和CH3OH(g)的浓度随时间变化如下图所示。试回答:
0—10 min内,氢气的平均反应速率为
第10 min后,若向该容器中再充入1 mol CO2和3 mol H2,则再次达到平衡时CH3OH(g)的体积分数
Ⅱ.在催化作用下,甲烷和二氧化碳还可以直接转化成乙酸。
①在不同温度下乙酸的生成速率如图所示:在250—400℃范围内,乙酸的生成速率随温度变化的原因是
②实际生产选择的最佳温度是
(3)脱硫:有学者想利用如图所示装置用原电池原理将SO2转化为重要的化工原料,A、B是惰性电极。则电子流出的电极为
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解题方法
【推荐2】运用化学反应原理研究化学反应有重要意义。
(1)一氯胺(NH2Cl)是饮用水的二级消毒剂,水解生成一种具有强烈杀菌消毒作用的物质:
①NH2Cl中Cl元素的化合价为_____________ 。
②NH2Cl发生水解反应的化学方程式为_____________________________ 。
(2)SO2和CO均为燃煤产生的烟道气中有害成分,在催化作用下可利用二者相互反应进行无害化处理并回收硫。有关资料如图1所示。则:
①常温常压下,质量均为11.2g的CO(g)和S(s)分别完全燃烧生成CO2(g)或SO2(g),放出的热量前者比后者多________ kJ。
②SO2(g)+2CO(g)=S(s)+2CO2(g) △H=___________________ .
(3)在一定条件下,向恒容密闭容器中充入1.0molCO2和3.0molH2,在一定温度范围内发生如下转化:CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g) △H=-xkJ/mol x>0)。在不同催化剂作用下,相同时间内CO2的转化率随温度的变化如图2所示:
①催化效果最佳的是催化剂__________ (选填“I”、“Ⅱ”或“Ⅲ”);b点v(正)___ v(逆)(选填“>”、“<”或“=”)
②此反应在a点时已达到平衡状态,a点的转化率比c点高的原因是_____________
(4)常温下,H2CO3的电离常数为:Ka1=4×10-7,Ka2=4×10-11。已知0.1mol/LNH4HCO3溶液的pH=8,则在此溶液中:
①下列有关离子浓度的关系式中,不正确的是_____ (填序号)
A.c(NH4+)>c(HCO3-)>c(OH-)>c(H+)
B.c(NH4+)+c(NH3·H2O)=c(HCO3-)+c(H2CO3)
C.c(H2CO3)-c(CO32-)-c(NH3·H2O)=9.9×10-7mol·L-1
②=________ (结果保留三位有效数字)。
(1)一氯胺(NH2Cl)是饮用水的二级消毒剂,水解生成一种具有强烈杀菌消毒作用的物质:
①NH2Cl中Cl元素的化合价为
②NH2Cl发生水解反应的化学方程式为
(2)SO2和CO均为燃煤产生的烟道气中有害成分,在催化作用下可利用二者相互反应进行无害化处理并回收硫。有关资料如图1所示。则:
①常温常压下,质量均为11.2g的CO(g)和S(s)分别完全燃烧生成CO2(g)或SO2(g),放出的热量前者比后者多
②SO2(g)+2CO(g)=S(s)+2CO2(g) △H=
(3)在一定条件下,向恒容密闭容器中充入1.0molCO2和3.0molH2,在一定温度范围内发生如下转化:CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g) △H=-xkJ/mol x>0)。在不同催化剂作用下,相同时间内CO2的转化率随温度的变化如图2所示:
①催化效果最佳的是催化剂
②此反应在a点时已达到平衡状态,a点的转化率比c点高的原因是
(4)常温下,H2CO3的电离常数为:Ka1=4×10-7,Ka2=4×10-11。已知0.1mol/LNH4HCO3溶液的pH=8,则在此溶液中:
①下列有关离子浓度的关系式中,不正确的是
A.c(NH4+)>c(HCO3-)>c(OH-)>c(H+)
B.c(NH4+)+c(NH3·H2O)=c(HCO3-)+c(H2CO3)
C.c(H2CO3)-c(CO32-)-c(NH3·H2O)=9.9×10-7mol·L-1
②=
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【推荐3】雾霾天气严重影响人们的生活,其中氮氧化物和硫氧化物都是形成雾霾天气的重要因素。下列方法可处理氮氧化物和硫氧化物。
(1) 用活性炭还原法可以处理氮氧化物。某研究小组向某密闭容器中加入一定量的活性炭和NO,在一定条件下,发生反应:C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g) ΔH=Q kJ/mol。
在T1℃时,反应进行到不同时间测得各物质的浓度如下表。
①0~10 min内,NO的平均反应速率v(NO)=_____________ ,T1℃时,该反应的平衡常数K= _____________ 。
②若30 min后升高温度至T2℃,达到平衡时,容器中NO、N2、CO2的浓度之比为2∶1∶1,则Q_____________ (填“>”、“=”或“<”) 0。
(2) 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。反应原理如图甲所示。
①由图甲可知,SCR技术中的氧化剂为_____________ 。已知 NH3氧化时发生如下反应:
4NH3(g)+5O2(g) = 4NO(g)+6H2O(g) ΔH1=-907.28 kJ·mol-1
4NH3(g)+6NO(g)=5N2(g)+6H2O(g) ΔH2=-1811.63kJ·mol-1
则氨气被氧化为氮气和水蒸气的热化学方程式:_______________________
②图乙是不同催化剂Mn和Cr在不同温度下对应的脱氮率,由图可知工业选取的最佳催化剂及相应的温度分别为___________ 、___________ 。
(3) 烟气中的SO2可用某浓度NaOH溶液吸收得到Na2SO3和NaHSO3混合溶液,若所得溶液呈中性,则该溶液中c(Na+)=__________________ (用含硫微粒浓度的代数式表示)。
(4) 某研究小组用NaOH溶液吸收二氧化硫后,将得到的Na2SO3溶液进行电解,其中阴阳膜组合电解装置如图丙所示,电极材料为石墨。
①a表示_______ (填“阴”或“阳”)膜。A-E分别代表原料或产品,其中C为稀硫酸,则A为____________ 溶液(填写化学式)。
②阳极电极反应式为_______________________ 。
(1) 用活性炭还原法可以处理氮氧化物。某研究小组向某密闭容器中加入一定量的活性炭和NO,在一定条件下,发生反应:C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g) ΔH=Q kJ/mol。
在T1℃时,反应进行到不同时间测得各物质的浓度如下表。
时间/min 浓度/mol/L | 0 | 10 | 20 | 30 |
NO | 1.00 | 0.58 | 0.40 | 0.40 |
N2 | 0 | 0.21 | 0.30 | 0.30 |
CO2 | 0 | 0.21 | 0.30 | 0.30 |
①0~10 min内,NO的平均反应速率v(NO)=
②若30 min后升高温度至T2℃,达到平衡时,容器中NO、N2、CO2的浓度之比为2∶1∶1,则Q
(2) 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。反应原理如图甲所示。
①由图甲可知,SCR技术中的氧化剂为
4NH3(g)+5O2(g) = 4NO(g)+6H2O(g) ΔH1=-907.28 kJ·mol-1
4NH3(g)+6NO(g)=5N2(g)+6H2O(g) ΔH2=-1811.63kJ·mol-1
则氨气被氧化为氮气和水蒸气的热化学方程式:
②图乙是不同催化剂Mn和Cr在不同温度下对应的脱氮率,由图可知工业选取的最佳催化剂及相应的温度分别为
(3) 烟气中的SO2可用某浓度NaOH溶液吸收得到Na2SO3和NaHSO3混合溶液,若所得溶液呈中性,则该溶液中c(Na+)=
(4) 某研究小组用NaOH溶液吸收二氧化硫后,将得到的Na2SO3溶液进行电解,其中阴阳膜组合电解装置如图丙所示,电极材料为石墨。
丙
①a表示
②阳极电极反应式为
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【推荐1】2023年1月,重庆市经济和信息化委员会、重庆市发展和改革委员会、重庆市生态环境局联合印发了《重庆市工业领域碳达峰实施方案》,提出了21项重点工作举措,为实现碳达峰奠定了坚实基础。由制备甲醇、甲醛、甲酸等,实现的资源化利用已成为重要课题。回答下列问题:
(1)常温常压下,甲醛为气态,而甲酸为液态,其原因是___________ 。
(2)科研团队通过多种途径实现了合成甲醛,总反应为
已知:
反应Ⅰ:
反应Ⅱ:
反应Ⅲ:
反应Ⅳ:
①___________ 。
②向一恒温恒容容器中充入和只发生反应Ⅰ,若起始时容器内压强为1.2kPa,反应经3min达到平衡,平衡时的分压为0.24kPa,则这段时间内的平均反应速率___________ kPa/min。平衡后,再向容器内通入和,使二者分压均增大0.05kPa,的转化率将___________ (填“增大”“减小”或“不变”)。
③若在某恒温恒容容器中充入和只发生反应Ⅱ,下列说法正确的是___________ (填序号)。
A.反应Ⅱ在高温下可以自发进行
B.若混合气体的平均密度不再改变,说明反应Ⅱ已经达到平衡
C.反应任意时刻均存在
D.增大浓度,的平衡物质的量分数一定增大
(3)我国科研团队设计了一种表面锂掺杂的锡纳米粒子催化剂s-SnLi用于制备甲酸。在不使用催化剂和使用s-SnLi催化剂两种反应路径下由制备甲酸,各反应物、中间体、产物(其中CO为副产物)的相对能量如图甲所示,据图分析,便用s-SnLi化剂除了能加快制备甲酸反应的速率,还具有的作用是___________ 。
(4)基于催化剂s-SnLi的电催化制备甲酸盐同时释放电能的装置如图乙所示,该电池放电时,正极的电极方程式为___________ 。若电池工作tmin,维持电流强度为IA,理论上消耗的质量为___________ (已知1mol电子所带电荷量为FC,用含I、t、F的代数式表示)。
(1)常温常压下,甲醛为气态,而甲酸为液态,其原因是
(2)科研团队通过多种途径实现了合成甲醛,总反应为
已知:
反应Ⅰ:
反应Ⅱ:
反应Ⅲ:
反应Ⅳ:
①
②向一恒温恒容容器中充入和只发生反应Ⅰ,若起始时容器内压强为1.2kPa,反应经3min达到平衡,平衡时的分压为0.24kPa,则这段时间内的平均反应速率
③若在某恒温恒容容器中充入和只发生反应Ⅱ,下列说法正确的是
A.反应Ⅱ在高温下可以自发进行
B.若混合气体的平均密度不再改变,说明反应Ⅱ已经达到平衡
C.反应任意时刻均存在
D.增大浓度,的平衡物质的量分数一定增大
(3)我国科研团队设计了一种表面锂掺杂的锡纳米粒子催化剂s-SnLi用于制备甲酸。在不使用催化剂和使用s-SnLi催化剂两种反应路径下由制备甲酸,各反应物、中间体、产物(其中CO为副产物)的相对能量如图甲所示,据图分析,便用s-SnLi化剂除了能加快制备甲酸反应的速率,还具有的作用是
(4)基于催化剂s-SnLi的电催化制备甲酸盐同时释放电能的装置如图乙所示,该电池放电时,正极的电极方程式为
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【推荐2】在“碳达峰”“碳中和”的发展背景下,催化加氢合成甲醇是重要的碳捕获利用与封存技术,该过程主要发生下列反应:
反应Ⅰ:
反应Ⅱ:
回答下列问题:
(1)CO和反应生成气态甲醇的热化学方程式为___________ 。
(2)将和加入密闭容器中只发生反应Ⅰ,不同催化剂a和b作用下反应速率常数k与温度的关系如图所示。已知:速率常数与温度的关系式为(为活化能,R为常数)。在其他条件相同时,催化效果更好的是___________ (填“a”或“b”)。理由是___________ 。
(3)反应Ⅱ的速率,其中和分别为正、逆反应速率常数。升高温度时___________ (填“增大”“减小”或“不变”)
(4)保持压强为100kPa,向密闭容器中加入2mol和6mol,在恒温下发生上述反应Ⅰ和Ⅱ。10s后反应达到平衡,此时容器内的物质的量为1mol,CO为0.2mol。
①前10s内的平均反应速率___________ 。
②已知:分压=总压×该组分物质的量分数,对于反应,其中,、、、为各组分的平衡分压,则反应Ⅱ的___________ (保留3位有效数字)。
(5)如图所示的电解装置可实现低电位下高效催化制取甲醇,持续通入,电解过程中阴极区物质的量基本不变。阴极的电极反应式为___________ 。
反应Ⅰ:
反应Ⅱ:
回答下列问题:
(1)CO和反应生成气态甲醇的热化学方程式为
(2)将和加入密闭容器中只发生反应Ⅰ,不同催化剂a和b作用下反应速率常数k与温度的关系如图所示。已知:速率常数与温度的关系式为(为活化能,R为常数)。在其他条件相同时,催化效果更好的是
(3)反应Ⅱ的速率,其中和分别为正、逆反应速率常数。升高温度时
(4)保持压强为100kPa,向密闭容器中加入2mol和6mol,在恒温下发生上述反应Ⅰ和Ⅱ。10s后反应达到平衡,此时容器内的物质的量为1mol,CO为0.2mol。
①前10s内的平均反应速率
②已知:分压=总压×该组分物质的量分数,对于反应,其中,、、、为各组分的平衡分压,则反应Ⅱ的
(5)如图所示的电解装置可实现低电位下高效催化制取甲醇,持续通入,电解过程中阴极区物质的量基本不变。阴极的电极反应式为
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【推荐3】有效去除大气中的,是环境保护的重要课题。
(1)NO可以加速臭氧反应,其反应过程如图所示:
①NO的作用是____________ 。
②已知:
反应1:
反应2的热化学方程式为_______ 。
(2)在汽车上安装“三元催装置”,可以发生反应: ,从而有效降低NO的排放。若将CO和NO按不同比例投入一密闭容器中发生该反应,反应达到平衡时,的体积分数随的变化曲线如图。
①b点时,平衡体系中C、N原子个数之比接近_______ 。
②a、b、c三点CO的转化率从大到小的顺序为_______ ;b、c、d三点的平衡常数从大到小的顺序为_______ (以上两空均用a、b、c、d表示)。
③若,反应达平衡时,的体积分数为20%。则NO的转化率为_______ 。
(3)可发生二聚反应生成,化学方程式为 △H<0。已知该反应的正反应速率方程为,逆反应速率方程为,其中、分别为正、逆反应的速率常数(速率常数只与温度有关)。
①图(表示速率常数的对数;表示温度的倒数)所示、、、四条斜线中,能表示随变化关系的是斜线_______ ,能表示随变化关系的是斜线_______ 。
②图中A、B、C、D点的纵坐标分别为a+1.5、a+0.5、a-0.5、a-1.5,则T1温度时化学平衡常数K=
_______ 。
(1)NO可以加速臭氧反应,其反应过程如图所示:
①NO的作用是
②已知:
反应1:
反应2的热化学方程式为
(2)在汽车上安装“三元催装置”,可以发生反应: ,从而有效降低NO的排放。若将CO和NO按不同比例投入一密闭容器中发生该反应,反应达到平衡时,的体积分数随的变化曲线如图。
①b点时,平衡体系中C、N原子个数之比接近
②a、b、c三点CO的转化率从大到小的顺序为
③若,反应达平衡时,的体积分数为20%。则NO的转化率为
(3)可发生二聚反应生成,化学方程式为 △H<0。已知该反应的正反应速率方程为,逆反应速率方程为,其中、分别为正、逆反应的速率常数(速率常数只与温度有关)。
①图(表示速率常数的对数;表示温度的倒数)所示、、、四条斜线中,能表示随变化关系的是斜线
②图中A、B、C、D点的纵坐标分别为a+1.5、a+0.5、a-0.5、a-1.5,则T1温度时化学平衡常数K=
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解题方法
【推荐1】I.完成下列问题。
(1)标准状态下,下列物质气态时的相对能量如下表:
_______
(2)已知同一容器中发生 反应1:
反应2:
反应3:
在一定压强下,随着温度升高,气体中CO与的物质的量之比_______ (填“不变”、“增大”、“减小”)。
II.工业上可利用生产甲醇,同时可减少温室气体二氧化碳,发生反应①:
(3)当起始物时,在不同条件下达到平衡,设体系中甲醇的物质的量分数为x(CH3OH),在t=250℃下的、在下的如图所示。当的平衡转化率为1/3时,反应条件可能是_______ 。
(4)在某催化剂作用下,和除发生反应①外,还发生反应②: 。维持压强不变,按固定初始投料比将和按一定流速通过该催化剂,经相同时间测得实验数据:
注:甲醇的选择性是指发生反应的中转化为甲醇的百分比。
表中数据说明,升高温度,的实际转化率提高而甲醇的选择性降低,其原因是_______ 。
(5)甲醇催化制取丙烯的过程中发生反应:,反应的Arrhenius经验公式的实验数据如图所示,已知Arrhenius经验公式为(为活化能,k为速率常数,R和C为常数)。
①该反应的活化能_______
②当使用更高效催化剂时,画出与的关系图_______ 。
(1)标准状态下,下列物质气态时的相对能量如下表:
物质(g) | O | H | HO | |||
能量/ | 249 | 218 | 39 | 0 | -136 | -242 |
(2)已知同一容器中发生 反应1:
反应2:
反应3:
在一定压强下,随着温度升高,气体中CO与的物质的量之比
II.工业上可利用生产甲醇,同时可减少温室气体二氧化碳,发生反应①:
(3)当起始物时,在不同条件下达到平衡,设体系中甲醇的物质的量分数为x(CH3OH),在t=250℃下的、在下的如图所示。当的平衡转化率为1/3时,反应条件可能是
(4)在某催化剂作用下,和除发生反应①外,还发生反应②: 。维持压强不变,按固定初始投料比将和按一定流速通过该催化剂,经相同时间测得实验数据:
T(K) | 实际转化率(%) | 甲醇选择性(%) |
543 | 12.3 | 42.3 |
553 | 15.3 | 39.1 |
表中数据说明,升高温度,的实际转化率提高而甲醇的选择性降低,其原因是
(5)甲醇催化制取丙烯的过程中发生反应:,反应的Arrhenius经验公式的实验数据如图所示,已知Arrhenius经验公式为(为活化能,k为速率常数,R和C为常数)。
①该反应的活化能
②当使用更高效催化剂时,画出与的关系图
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(0.4)
【推荐2】氮的化合物是造成大气污染的主要物质。在空气中存在:。该反应分两步完成,如图所示。回答下列问题:
(1)反应①的逆反应的活化能=___ (用含物理量E的等式表示,下同),反应②的热化学方程式为___ 。
(2)温度,容积为恒容容器中发生反应:。实验测得:,,、为速率常数,只受温度影响。不同时刻测得容器中、如下表:
①内该反应的平均速率___________ 。
②T1温度时,化学平衡常数K=___________ (保留三位有效数字)。
③若将温度改变为T2时其,则T2___________ T1(填“>”“=”“<”)。
(3)工业上利用NH3在催化剂( V2O5是活性组分)作用下处理NO。
主反应:
副反应:
在石英微型反应器中以一定流速通过烟气,不同温度下,V2O5的质量分数对单位时间内NO去除率的影响如图所示。
①从起始至对应A、B、C三点的平均反应速率由大到小的顺序为___________ 。
②V2O5的质量分数对该催化剂活性的影响的规律是___________ 。
(1)反应①的逆反应的活化能=
(2)温度,容积为恒容容器中发生反应:。实验测得:,,、为速率常数,只受温度影响。不同时刻测得容器中、如下表:
时间/s | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
0.20 | 0.10 | 0.08 | 0.07 | 0.06 | 0.06 | |
0.10 | 0.05 | 0.04 | 0.035 | 0.03 | 0.03 |
①内该反应的平均速率
②T1温度时,化学平衡常数K=
③若将温度改变为T2时其,则T2
(3)工业上利用NH3在催化剂( V2O5是活性组分)作用下处理NO。
主反应:
副反应:
在石英微型反应器中以一定流速通过烟气,不同温度下,V2O5的质量分数对单位时间内NO去除率的影响如图所示。
①从起始至对应A、B、C三点的平均反应速率由大到小的顺序为
②V2O5的质量分数对该催化剂活性的影响的规律是
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【推荐3】氢气的制取、的减排和资源利用是当前研究的热点。
(1)热解制氢的反应原理为:、。常压下,按投料,并用稀释,将混合气以一定流速通过石英管反应器,测得不同温度下和体积分数如下:
在950-1150°C范围内(保持其他条件不变),的体积分数随温度升高的变化是_______ (填“先升高后降低”、“先降低后升高”或“不变”),其原因是_______ 。
(2)水煤气变换制氢反应是放热的可逆反应,需在多个催化剂反应层间进行降温操作以“去除”反应过程中的余热(如图1所示),保证反应在最适宜温度附近进行。在催化剂活性温度范围内,图2中段对应降温操作的过程,实现该过程的一种操作方法是_______ 。若采用喷入冷水(蒸气)的方式降温,在图3中作出平衡转化率随温度变化的曲线_______ 。(3)电池是固定的路径之一、电池以单质为负极,电池反应的产物为和单质碳,研究表明,该电池中通过4步形成;
I.
II.
III._______
N.
则步骤III反应式为_______ 。
(4)铜基催化剂(为、、等)是加氢制甲醇常用的催化剂,部分合成路线如图-4所示。其中催化剂上有两个活动点位(位点、氧化物载体位点),分别在中碱位()、强碱位()吸附发生反应。
①请写出中碱位()上发生反应的总化学方程式_______ 。
②上述加氢制甲醇的过程可简单描述为_______ 。
(1)热解制氢的反应原理为:、。常压下,按投料,并用稀释,将混合气以一定流速通过石英管反应器,测得不同温度下和体积分数如下:
温度/℃ | 950 | 1000 | 1050 | 1100 | 1150 |
体积分数 | 0.5 | 1.5 | 3.6 | 5.5 | 8.5 |
体积分数 | 0.0 | 0.0 | 0.1 | 0.4 | 1.8 |
(2)水煤气变换制氢反应是放热的可逆反应,需在多个催化剂反应层间进行降温操作以“去除”反应过程中的余热(如图1所示),保证反应在最适宜温度附近进行。在催化剂活性温度范围内,图2中段对应降温操作的过程,实现该过程的一种操作方法是
I.
II.
III._______
N.
则步骤III反应式为
(4)铜基催化剂(为、、等)是加氢制甲醇常用的催化剂,部分合成路线如图-4所示。其中催化剂上有两个活动点位(位点、氧化物载体位点),分别在中碱位()、强碱位()吸附发生反应。
①请写出中碱位()上发生反应的总化学方程式
②上述加氢制甲醇的过程可简单描述为
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解答题-原理综合题
|
较难
(0.4)
名校
解题方法
【推荐1】2023年7月全球首枚液氧甲烷火箭——朱雀二号在酒泉卫星发射中心发射成功。根据所学知识,回答下列问题:
Ⅰ.通过加氢制回收利用是实现“双碳”经济的有效途径之一,某催化剂作用下的加氢制的反应历程如图所示(吸附在催化剂表面的物种用标注)。主要涉及如下反应:
主反应:
副反应:已知:的燃烧热分别为、。
(1) 。则=____________ ,若主反应的正反应的活化能为,则主反应的逆反应的活化能为_______ 。
(2)时,向恒容密闭容器中充入和,发生反应,初始压强为:
①能说明主反应达到平衡状态的是_______ (填标号)。
A.
B.容器内压强不再变化
C.气体平均相对分子质量不再变化
D.气体密度不再变化
的体积分数不再变化
②时,主、副反应都已达到平衡状态,此时测得,体系压强为,则内,=____________ ,平衡时_______ (保留3位有效数字,),该温度下,主反应的平衡常数_______ (列出计算式即可)。
(3)某科研小组用甲烷燃料电池(电解质溶液为溶液)提供能量制备,并获得副产品,其工作原理如下图所示(已知:电解装置的电极材料分别为金属钴和不锈钢,是一元弱酸)。①膜为_______ (填“阳”或“阴”)离子交换膜。
②电解过程中,原料室溶液的_______ (填“增大”“减小”或“不变”)。
③燃料电池极的电极反应为_______ 。
Ⅰ.通过加氢制回收利用是实现“双碳”经济的有效途径之一,某催化剂作用下的加氢制的反应历程如图所示(吸附在催化剂表面的物种用标注)。主要涉及如下反应:
主反应:
副反应:已知:的燃烧热分别为、。
(1) 。则=
(2)时,向恒容密闭容器中充入和,发生反应,初始压强为:
①能说明主反应达到平衡状态的是
A.
B.容器内压强不再变化
C.气体平均相对分子质量不再变化
D.气体密度不再变化
的体积分数不再变化
②时,主、副反应都已达到平衡状态,此时测得,体系压强为,则内,=
(3)某科研小组用甲烷燃料电池(电解质溶液为溶液)提供能量制备,并获得副产品,其工作原理如下图所示(已知:电解装置的电极材料分别为金属钴和不锈钢,是一元弱酸)。①膜为
②电解过程中,原料室溶液的
③燃料电池极的电极反应为
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【推荐2】H2O2的制取及其在污水处理方面的应用是当前科学研究的热点。 回答下列问题:
(1)阴阳极同步产生过氧化氢和过硫酸铵 [(NH4)2S2O8]的原理如图所示。阳极发生氧化反应的离子是_______ ,阴极的电极反应式为_________ 。
(2)100 ℃时,在不同金属离子存在下,纯过氧化氢24 h的分解率见下表:
由上表数据可知,能使过氧化氢分解反应活化能降低最多的离子是_______ 。贮运过氧化氢时,可选用的容器材质为________ (填标号)。
A 纯铝 B 黄铜 C 铸铁 D 不锈钢
(3)在弱碱性条件下,H2O2的一种催化分解机理如下:
H2O2(aq)+Mn2+(aq)=OH(aq)+Mn3+(aq)+OH-(aq) ΔH=a kJ/mol
H2O2(aq)+Mn3+(aq)+2OH-(aq)=Mn2+(aq)+·O2-(aq)+2H2O(l) ΔH=b kJ/mol
OH(aq)+·O2-(aq)=O2(g)+OH-(aq) ΔH=c kJ/mol
则2H2O2(aq)=2H2O(l)+O2(g)的ΔH=_________ ,该反应的催化剂为________ 。
(4)298 K时,将10 mL a mol·L−1 NaH2PO2、10 mL 2a mol·L−1 H2O2溶液和10 mL NaOH溶液混合,发生反应:H2PO2-(aq)+2H2O2(aq)+2OH−(aq)PO43-(aq)+4H2O(l)。溶液中c(PO43-) 与反应时间(t)的关系如图所示。
①下列可判断反应达到平衡的是_______ (填标号)。
a c(H2PO2-)=y mol·L−1
b 溶液的pH不再变化
c v(H2O2)=2v(H2PO2-)
d c(PO43-)/c(H2PO2-)不再变化
② tm时v逆_____ tn时v逆(填“大于”“小于”或“等于”)。
③若平衡时溶液的pH=12,则该反应的平衡常数K为___________ 。
(1)阴阳极同步产生过氧化氢和过硫酸铵 [(NH4)2S2O8]的原理如图所示。阳极发生氧化反应的离子是
(2)100 ℃时,在不同金属离子存在下,纯过氧化氢24 h的分解率见下表:
离子 | 加入量/(mg·L-1) | 分解率/% | 离子 | 加入量/(mg·L-1) | 分解率/% | |
无 | — | 2 | Fe3+ | 1.0 | 15 | |
Al3+ | 10 | 2 | Cu2+ | 0.1 | 86 | |
Zn2+ | 10 | 10 | Cr3+ | 0.1 | 96 |
由上表数据可知,能使过氧化氢分解反应活化能降低最多的离子是
A 纯铝 B 黄铜 C 铸铁 D 不锈钢
(3)在弱碱性条件下,H2O2的一种催化分解机理如下:
H2O2(aq)+Mn2+(aq)=OH(aq)+Mn3+(aq)+OH-(aq) ΔH=a kJ/mol
H2O2(aq)+Mn3+(aq)+2OH-(aq)=Mn2+(aq)+·O2-(aq)+2H2O(l) ΔH=b kJ/mol
OH(aq)+·O2-(aq)=O2(g)+OH-(aq) ΔH=c kJ/mol
则2H2O2(aq)=2H2O(l)+O2(g)的ΔH=
(4)298 K时,将10 mL a mol·L−1 NaH2PO2、10 mL 2a mol·L−1 H2O2溶液和10 mL NaOH溶液混合,发生反应:H2PO2-(aq)+2H2O2(aq)+2OH−(aq)PO43-(aq)+4H2O(l)。溶液中c(PO43-) 与反应时间(t)的关系如图所示。
①下列可判断反应达到平衡的是
a c(H2PO2-)=y mol·L−1
b 溶液的pH不再变化
c v(H2O2)=2v(H2PO2-)
d c(PO43-)/c(H2PO2-)不再变化
② tm时v逆
③若平衡时溶液的pH=12,则该反应的平衡常数K为
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解答题-实验探究题
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较难
(0.4)
解题方法
【推荐3】树叶上镀铜可以长久保存,且具有一定艺术性和鉴赏价值。某兴趣小组探究榕树叶表面镀铜的工艺。
资料:酸性条件下, 。
(1)由废铜屑制备酸性硫酸铜溶液。取一定量的废铜屑置于___________ (填仪器名称)中焙烧,再用稍过量的稀硫酸溶解冷却后的粉末,得到酸性硫酸铜溶液。
(2)除蜡。除去榕树叶表面酯类蜡质层的方法是___________ 。
(3)敏化。洗净后的树叶用新制的1%溶液浸泡敏化30s。久置的溶液易变质,若变质过程只生成溶液和沉淀,其化学方程式为___________ 。
(4)活化。将敏化后的树叶洗净,放入银氨溶液与甲醛混合溶液中,控制40℃左右浸泡5min。
①配制银氨溶液:将___________ (填试剂)滴入溶液A,直到出现___________ 现象时停止滴加。
②控制40℃应采用的加热方式为___________ ,实验后、容器壁上的银镜可用___________ (填试剂)的稀溶液除去。
(5)电镀。将活化后的树叶放入酸性硫酸铜溶液中进行电镀。电镀时,铜阳极反应的历程如下:
a.;
b.
①纯铜作阳极时,电镀时会产生阳极泥(铜粉),说明铜阳极反应的决速步骤是___________ (填“a”或“b”)。
②电镀时,通过搅拌等方式向酸性硫酸铜溶液中鼓入空气,能减少阳极泥的产生,其原因是___________ 。
③Cu的密度为,电镀过程的电化当量为。若流经树叶表面的电流密度为且阴极没有副反应,则形成0.050cm厚度铜镀层需要___________ min。(铜的电化当量是一个常数,指单位电量所析出铜的质量大小,其中电量=电流×时间;电流密度,是指单位面积所通过的电流大小)
资料:酸性条件下, 。
(1)由废铜屑制备酸性硫酸铜溶液。取一定量的废铜屑置于
(2)除蜡。除去榕树叶表面酯类蜡质层的方法是
(3)敏化。洗净后的树叶用新制的1%溶液浸泡敏化30s。久置的溶液易变质,若变质过程只生成溶液和沉淀,其化学方程式为
(4)活化。将敏化后的树叶洗净,放入银氨溶液与甲醛混合溶液中,控制40℃左右浸泡5min。
①配制银氨溶液:将
②控制40℃应采用的加热方式为
(5)电镀。将活化后的树叶放入酸性硫酸铜溶液中进行电镀。电镀时,铜阳极反应的历程如下:
a.;
b.
①纯铜作阳极时,电镀时会产生阳极泥(铜粉),说明铜阳极反应的决速步骤是
②电镀时,通过搅拌等方式向酸性硫酸铜溶液中鼓入空气,能减少阳极泥的产生,其原因是
③Cu的密度为,电镀过程的电化当量为。若流经树叶表面的电流密度为且阴极没有副反应,则形成0.050cm厚度铜镀层需要
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