工业上可用CO或CO2来生产燃料甲醇。已知甲醇制备的有关化学反应以及在不同温度下的化学反应平衡常数如下表所示:
(1)据反应①与②可推导出K1、K2与K3之间的关系,则K3=________ (用K1、K2表示)。500 ℃时测得反应③在某时刻,H2(g)、CO2(g)、CH3OH(g)、H2O(g)的浓度(mol·L-1)分别为0.8、0.1、0.3、0.15,则此时v正________ v逆(填“>”、“=”或“<”)。
(2)在3 L容积可变的密闭容器中发生反应②,已知c(CO)—反应时间t变化曲线Ⅰ如图所示,若在t0时刻分别改变一个条件,曲线Ⅰ变为曲线Ⅱ和曲线Ⅲ。当曲线Ⅰ变为曲线Ⅱ时,改变的条件是_______________ 。当曲线Ⅰ变为曲线Ⅲ时,改变的条件是______________ 。
化学反应 | 平衡常数 | 温度/℃ | |
500 | 800 | ||
①2H2(g)+CO(g) CH3OH(g) | K1 | 2.5 | 0.15 |
②H2(g)+CO2(g) H2O(g)+CO(g) | K2 | 1.0 | 2.50 |
③3H2(g)+CO2(g) CH3OH(g)+H2O(g) | K3 |
(1)据反应①与②可推导出K1、K2与K3之间的关系,则K3=
(2)在3 L容积可变的密闭容器中发生反应②,已知c(CO)—反应时间t变化曲线Ⅰ如图所示,若在t0时刻分别改变一个条件,曲线Ⅰ变为曲线Ⅱ和曲线Ⅲ。当曲线Ⅰ变为曲线Ⅱ时,改变的条件是
更新时间:2017-10-17 14:36:34
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【推荐1】可作大型船舶的绿色燃料,可由CO或制备。工业上用制备的原理如下:
反应1:
反应2: (副反应)
(1),该反应的ΔH=___________ kJ/mol。
(2)将和按物质的量之比1∶3通入密闭容器中发生反应1和反应2,分别在1MPa、3MPa、5MPa下改变反应温度,测得的平衡转化率()以及生成、CO选择性(S)的变化如图[选择性为目标产物在总产物(和CO)中的比率]。①代表5MPa下随温度变化趋势的是曲线___________ (填“a”、“b”或“c”)。
②随着温度升高,a、b、c三条曲线接近重合的原因是___________ 。
③P点对应的反应2的平衡常数___________ (结果保留2位有效数字,已知:分压=总压×该组分物质的量分数,对于反应的,其中,、、、为各组分的平衡分压)。
(3)最近,中科院研究出首例在室温条件超快传输的氢负离子导体,将带来系列技术变革。某小组据此设计了如图装置,以电化学方法进行反应1。①电极b为电源的___________ (填“正极”或“负极”)。
②生成的电极反应式为___________ 。
③若反应2(副反应)也同时发生,出口Ⅱ为CO、、的混合气,且,则惰性电极2的电流效率为___________ ()。
反应1:
反应2: (副反应)
(1),该反应的ΔH=
(2)将和按物质的量之比1∶3通入密闭容器中发生反应1和反应2,分别在1MPa、3MPa、5MPa下改变反应温度,测得的平衡转化率()以及生成、CO选择性(S)的变化如图[选择性为目标产物在总产物(和CO)中的比率]。①代表5MPa下随温度变化趋势的是曲线
②随着温度升高,a、b、c三条曲线接近重合的原因是
③P点对应的反应2的平衡常数
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②生成的电极反应式为
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【推荐2】自从1902年德国化学家哈伯研究出合成氨的方法以来,氨在工农业生产中应用广泛,可由N2、H2合成NH3。
(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图:
结合图象,写出1molCH4通过蒸汽转化为CO2和H2的△H=___ kJ·mol-1。
(2)20世纪末,科学家采用高质子导电性的SCY陶瓷(能传递H+)为介质,用吸附在它内外表面上的金属钯多晶薄膜作电极,通过电解实现高温常压下的电化学合成氨。其示意图如图所示,阴极的电极反应式为___ 。
(3)甲小组模拟工业合成氨在一恒温恒容的密闭容器中发生反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g) △H<0。如t1min时达到平衡,在t2min时改变某一条件,其反应过程如图所示,下列说法正确的是____ 。
A.t2min时改变的条件可以是向密闭容器中加N2
B.Ⅰ、Ⅱ两过程达到平衡时,平衡常数:KⅠ<KⅡ
C.Ⅰ、Ⅱ两过程达到平衡的标志可以是混合气体的平均相对分子质量不再发生变化
(4)乙小组模拟不同条件下的合成氨反应,向容器中充入3mol N2和9mol H2,不同温度下平衡混合物中氨气的体积分数与总压强(p)的关系如图。
①T1、T2、T3由大到小的排序为___ 。
②在T2、60MPa条件下,A点v正___ v逆(填“>”“<”或“=”),理由是__ 。
③计算T2、60MPa平衡体系的平衡常数Kp=___ MPa-2(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数,结果保留两位有效数字)
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结合图象,写出1molCH4通过蒸汽转化为CO2和H2的△H=
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(3)甲小组模拟工业合成氨在一恒温恒容的密闭容器中发生反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g) △H<0。如t1min时达到平衡,在t2min时改变某一条件,其反应过程如图所示,下列说法正确的是
A.t2min时改变的条件可以是向密闭容器中加N2
B.Ⅰ、Ⅱ两过程达到平衡时,平衡常数:KⅠ<KⅡ
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①T1、T2、T3由大到小的排序为
②在T2、60MPa条件下,A点v正
③计算T2、60MPa平衡体系的平衡常数Kp=
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【推荐3】全球变暖,冰川融化,降低大气中CO2的含量显得更加紧迫。
(1)我国储氢碳纳米管研究取得重大进展,碳纳米管可用氧化法提纯,请完成并配平下述化学方程式:___ C+___ K2Cr2O7+____ ______ =__ CO2↑+___ K2SO4+__ Cr2(SO4)3+__ H2O
(2)甲醇燃料电池即将从实验室走向工业化生产。工业上一般以CO和H2为原料合成甲醇,该反应的热化学方程式为:CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) △H1=-116kJ/mol
①下列措施中有利于增大该反应的反应速率的是___________ (填字母代号)。
A.随时将CH3OH与反应混合物分离 B.降低反应温度
C.增大体系压强 D.使用高效催化剂
②已知:CO(g)+O2(g)=CO2(g) △H2=-283kJ/mol
H2(g)+O2(g)=H2O(g) △H3=-242kJ/mol
则表示1 mol气态甲醇完全燃烧生成CO2和水蒸气时的热化学方程式为__________________ 。
③在容积为1L的恒容容器中,分别研究在230℃、250℃和270℃三种温度下合成甲醇的规律。下图是上述三种温度下不同的H2和CO的起始组成比(起始时CO的物质的量均为1 mol)与CO平衡转化率的关系。
请回答:
i)在上述三种温度中,曲线Z对应的温度是_____________ 。
ii)利用图中a点对应的数据,计算出曲线Z在对应温度下,反应CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)的平衡常数KZ=__________ (计算出数值)。 此时KZ________ KY(填“>”“<”或“=”)。
(3)CO2在自然界循环时可与CaCO3反应,Ksp(CaCO3)=2.8×10-9。CaCl2溶液与Na2CO3溶液混合可形成CaCO3沉淀,现将等体积的CaCl2溶液与Na2CO3溶液混合,若Na2CO3溶液的浓度为5.6×10-5 mol/ L,则生成沉淀所需CaCl2溶液的最小浓度为______________ 。
(1)我国储氢碳纳米管研究取得重大进展,碳纳米管可用氧化法提纯,请完成并配平下述化学方程式:
(2)甲醇燃料电池即将从实验室走向工业化生产。工业上一般以CO和H2为原料合成甲醇,该反应的热化学方程式为:CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) △H1=-116kJ/mol
①下列措施中有利于增大该反应的反应速率的是
A.随时将CH3OH与反应混合物分离 B.降低反应温度
C.增大体系压强 D.使用高效催化剂
②已知:CO(g)+O2(g)=CO2(g) △H2=-283kJ/mol
H2(g)+O2(g)=H2O(g) △H3=-242kJ/mol
则表示1 mol气态甲醇完全燃烧生成CO2和水蒸气时的热化学方程式为
③在容积为1L的恒容容器中,分别研究在230℃、250℃和270℃三种温度下合成甲醇的规律。下图是上述三种温度下不同的H2和CO的起始组成比(起始时CO的物质的量均为1 mol)与CO平衡转化率的关系。
请回答:
i)在上述三种温度中,曲线Z对应的温度是
ii)利用图中a点对应的数据,计算出曲线Z在对应温度下,反应CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)的平衡常数KZ=
(3)CO2在自然界循环时可与CaCO3反应,Ksp(CaCO3)=2.8×10-9。CaCl2溶液与Na2CO3溶液混合可形成CaCO3沉淀,现将等体积的CaCl2溶液与Na2CO3溶液混合,若Na2CO3溶液的浓度为5.6×10-5 mol/ L,则生成沉淀所需CaCl2溶液的最小浓度为
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【推荐1】CO2资源化在推进能源绿色转型,实现“碳达峰、碳中和”中具有重要意义。
I. CO2与H2在固载金属催化剂上可发生以下反应:
反应i.CO2(g)+H2(g) HCOOH(g) ΔH1
反应ii.CO2(g)+H2(g) H2O(g)+CO(g) ΔH2>0
反应iii.……
可能的反应机理如下图所示(M为催化剂):
(1)反应iii的化学方程式为_______ 。
(2)已知下列几种物质的标准摩尔生成焓(在101kPa时,由最稳定单质合成1mol指定产物的反应热):
依据以上信息,ΔH1=_______ 。
(3)在一定压强下,按n(H2):n(CO2)=1:1 投料,发生反应i和反应ii (忽略反应iii), 反应相同时间,CO2的转化率及HCOOH选择性(甲酸选择性=随温度变化曲线如下图所示。
①一定温度下,为了提高甲酸选择性可采取的措施有_______ (任写一条)。
②若M点反应已达到平衡状态,体系中H2的分压为a MPa,则673.15K时反应i的分压平衡常数计算式Kp=_______ MPa-1。
③当温度高于673.15K,随温度升高,反应i与反应ii的反应速率相比,增加更显著的是反应_______ (填“ i”或“ii”),判断的依据是_______ 。
Ⅱ.利用电化学装置可实现CO2和CH4两种分子的耦合转化,其原理如图所示。
(4)装置工作时,电极A应连接电源的_______ (填“正”或“负”)极,电极A的电极反应式为_______ 。
I. CO2与H2在固载金属催化剂上可发生以下反应:
反应i.CO2(g)+H2(g) HCOOH(g) ΔH1
反应ii.CO2(g)+H2(g) H2O(g)+CO(g) ΔH2>0
反应iii.……
可能的反应机理如下图所示(M为催化剂):
(1)反应iii的化学方程式为
(2)已知下列几种物质的标准摩尔生成焓(在101kPa时,由最稳定单质合成1mol指定产物的反应热):
物质 | CO2(g) | H2(g) | HCOOH(g) |
标准摩尔生成焓/kJ·mol-1 | -393.51 | 0 | -362.3 |
(3)在一定压强下,按n(H2):n(CO2)=1:1 投料,发生反应i和反应ii (忽略反应iii), 反应相同时间,CO2的转化率及HCOOH选择性(甲酸选择性=随温度变化曲线如下图所示。
①一定温度下,为了提高甲酸选择性可采取的措施有
②若M点反应已达到平衡状态,体系中H2的分压为a MPa,则673.15K时反应i的分压平衡常数计算式Kp=
③当温度高于673.15K,随温度升高,反应i与反应ii的反应速率相比,增加更显著的是反应
Ⅱ.利用电化学装置可实现CO2和CH4两种分子的耦合转化,其原理如图所示。
(4)装置工作时,电极A应连接电源的
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【推荐2】俗称“笑气”,可用于手术麻醉剂。
(1)恒温恒容密闭容器中,发生分解反应:,实验测得的部分数据如表所示。
①0~40min内的平均反应速率为_______ 。
②的平衡转化率为_______ 。
(2)还原,发生的反应为 。在催化剂Cat1、Cat2作用下,测得单位时间内的转化率与温度的关系如图所示。
b点_______ (填“是”或“不是”)平衡点,理由是_______ 。
(3)也可以还原,发生的反应为。400℃时,向2L恒容密闭容器中充入和,测得的平衡体积分数与x的关系如图所示。
①在a、b、c三点中,的平衡转化率最大的是_______ 。
②该温度下,上述反应的平衡常数K为_______ (用含m的代数式表示)。
(1)恒温恒容密闭容器中,发生分解反应:,实验测得的部分数据如表所示。
0 | 20 | 40 | 60 | 80 | |
0.100 | 0.065 | 0.040 | 0.020 | 0.020 |
②的平衡转化率为
(2)还原,发生的反应为 。在催化剂Cat1、Cat2作用下,测得单位时间内的转化率与温度的关系如图所示。
b点
(3)也可以还原,发生的反应为。400℃时,向2L恒容密闭容器中充入和,测得的平衡体积分数与x的关系如图所示。
①在a、b、c三点中,的平衡转化率最大的是
②该温度下,上述反应的平衡常数K为
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【推荐3】2023年9月23日晚,在万众瞩目之下,杭州亚运会的“数字火炬手”与最后一棒火炬手齐心协力点燃了象征亚洲大团结的亚运主火炬,也点燃了中国能源多样化战略的新灯塔。这座主火炬塔历史性地采用了废碳再生的“绿色甲醇”作为燃料,实现了零排放的循环使用。
I.二氧化碳加氢制甲醇
“零碳”甲醇是利用焦炉气副产物和工业尾气中的合成,涉及以下反应:
①
②
③
(1)依据盖斯定律,可计算得出___________
(2)一定温度下,在恒容密闭反应器中,反应③达到平衡,下列措施中能使平衡体系中增大且加快化学反应速率的是___________(填字母)。
(3)从焦炉气中提取氢气,需净化原料气,尤其要脱除其中的含硫杂质。除了 从环保角度考虑外,其主要目的是___________ 。
(4),在甲(容积为)、乙(容积为)两刚性容器中分别充入和,在适宜的催化剂作用下发生反应③,容器内总压强随时间变化如图所示:
①其中B曲线对应___________ 容器中压强的变化情况(填“甲”或“乙”);
②利用图中数据计算该反应的分压平衡常数___________ (结果用分数表示)。
II.甲醇水蒸气重整制取
(5)甲醇与水蒸气在催化剂作用下发生如下反应:
④
⑤
下图体现了上述反应能量变化,则决定总反应(SR):的反应速率快慢的是反应___________ (填“④”或“⑤”)。
(6)在研究甲醇水蒸气重整(制氢反应历程时发现,副反应甲醇分解(:也是吸热反应。甲醇水蒸气重整反应体系中,甲醇平衡转化率和的选择性随温度的变化如图所示:
①升高温度平衡转化率增大的原因是___________ 。
②从图三知主反应的适宜温度在___________ 左右。
I.二氧化碳加氢制甲醇
“零碳”甲醇是利用焦炉气副产物和工业尾气中的合成,涉及以下反应:
①
②
③
(1)依据盖斯定律,可计算得出
(2)一定温度下,在恒容密闭反应器中,反应③达到平衡,下列措施中能使平衡体系中增大且加快化学反应速率的是___________(填字母)。
A.升高温度 | B.充入,使体系压强增大 |
C.再充入 | D.将从体系中分离出去 |
(3)从焦炉气中提取氢气,需净化原料气,尤其要脱除其中的含硫杂质。
(4),在甲(容积为)、乙(容积为)两刚性容器中分别充入和,在适宜的催化剂作用下发生反应③,容器内总压强随时间变化如图所示:
①其中B曲线对应
②利用图中数据计算该反应的分压平衡常数
II.甲醇水蒸气重整制取
(5)甲醇与水蒸气在催化剂作用下发生如下反应:
④
⑤
下图体现了上述反应能量变化,则决定总反应(SR):的反应速率快慢的是反应
(6)在研究甲醇水蒸气重整(制氢反应历程时发现,副反应甲醇分解(:也是吸热反应。甲醇水蒸气重整反应体系中,甲醇平衡转化率和的选择性随温度的变化如图所示:
①升高温度平衡转化率增大的原因是
②从图三知主反应的适宜温度在
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【推荐1】氢气是一种理想的绿色能源。利用生物质发酵得到的乙醇制取氢气,具有良好的应用前景。
乙醇水蒸气重整制氢的部分反应过程如下左图所示:
已知:反应Ⅰ和反应Ⅱ的平衡常数随温度变化曲线如上右图所示。
(1)反应Ⅰ中,1molCH3CH2OH(g)参与反应后的热量变化是256kJ。反应1的热化学方程式是_____________________ 。
(2)反应Ⅱ,在进气比[n(CO):n(H2O)]不同时,测得相应的CO的平衡转化率见下图(各点对应的反应温度可能相同,也可能不同)。
①图中D、E两点对应的反应温度分别为TD和TE判断:TD_______ TE (填“<”“=”或“>”)。
②经分析,A、E 和G 三点对应的反应温度相同,其原因是A、E和G三点对应的________ 相同。
③当不同的进气比达到相同的CO平衡转化率时,对应的反应温度和进气比的关系
是_________________ 。
(3)反应Ⅲ,在经CO2饱和处理的KHCO3电解液中,电解活化CO2制备乙醇的原理如图所示。
①阴极的电极反应式是____________________ 。
②从电解后溶液中分离出乙醇的操作方法是_________________ 。
③直接向KOH溶液中通入CO2,可以获得“经CO2饱和处理的KHCO3电解液”,该过程中浓度先增大后减小的离子是__________________ (填化学式)。
乙醇水蒸气重整制氢的部分反应过程如下左图所示:
已知:反应Ⅰ和反应Ⅱ的平衡常数随温度变化曲线如上右图所示。
(1)反应Ⅰ中,1molCH3CH2OH(g)参与反应后的热量变化是256kJ。反应1的热化学方程式是
(2)反应Ⅱ,在进气比[n(CO):n(H2O)]不同时,测得相应的CO的平衡转化率见下图(各点对应的反应温度可能相同,也可能不同)。
①图中D、E两点对应的反应温度分别为TD和TE判断:TD
②经分析,A、E 和G 三点对应的反应温度相同,其原因是A、E和G三点对应的
③当不同的进气比达到相同的CO平衡转化率时,对应的反应温度和进气比的关系
是
(3)反应Ⅲ,在经CO2饱和处理的KHCO3电解液中,电解活化CO2制备乙醇的原理如图所示。
①阴极的电极反应式是
②从电解后溶液中分离出乙醇的操作方法是
③直接向KOH溶液中通入CO2,可以获得“经CO2饱和处理的KHCO3电解液”,该过程中浓度先增大后减小的离子是
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【推荐2】利用甲醇制备一些高附加值产品,是目前研究的热点。
(1)甲醇和水蒸气经催化重整可制得氢气,反应主要过程如下:
反应Ⅰ.
反应Ⅱ.
反应Ⅲ.
①_________ 。
②工业上采用吸附增强制氢的方法,可以有效提高反应Ⅰ氢气的产率,如图所示,请分析加入提高氢气产率的原因:_________ 。
(2)和充入一定体积的密闭容器中,在两种温度下发生反应:,测得的物质的量随时间的变化如图。
①曲线Ⅰ、Ⅱ对应的平衡常数大小关系为_________ 。(填“>”或“=”或“<”)
②一定温度下,在容积为的两个恒容密闭容器中,按如下方式加入反应物,一段时间后达到平衡。
若甲中平衡后气体的压强为开始的0.8倍,则乙容器起始时反应速率_________ 。(填“>”“<”或“=”)。
③一定温度下,此反应在恒压容器中进行,能判断该反应达到化学平衡状态的依据是_________ 。
a.容器中压强不变
b.的体积分数不变
c.
d.容器中密度不变
e.2个断裂的同时有3个断裂
(3)已知电离常数:,:,,则向溶液中通入少量时的离子方程式为_________ 。
(4)利用人工光合作用,借助太阳能使和转化为,如图所示,在催化剂b表面发生的电极反应为:_________ 。
(1)甲醇和水蒸气经催化重整可制得氢气,反应主要过程如下:
反应Ⅰ.
反应Ⅱ.
反应Ⅲ.
①
②工业上采用吸附增强制氢的方法,可以有效提高反应Ⅰ氢气的产率,如图所示,请分析加入提高氢气产率的原因:
(2)和充入一定体积的密闭容器中,在两种温度下发生反应:,测得的物质的量随时间的变化如图。
①曲线Ⅰ、Ⅱ对应的平衡常数大小关系为
②一定温度下,在容积为的两个恒容密闭容器中,按如下方式加入反应物,一段时间后达到平衡。
容器 | 甲 | 乙 |
反应物投入量 | 、 | 、、、 |
③一定温度下,此反应在恒压容器中进行,能判断该反应达到化学平衡状态的依据是
a.容器中压强不变
b.的体积分数不变
c.
d.容器中密度不变
e.2个断裂的同时有3个断裂
(3)已知电离常数:,:,,则向溶液中通入少量时的离子方程式为
(4)利用人工光合作用,借助太阳能使和转化为,如图所示,在催化剂b表面发生的电极反应为:
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【推荐3】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1-甲基十氢萘(1-MD)的副反应,涉及反应如下。各反应的平衡常数K与温度T的关系如图所示。
反应Ⅰ:+2H2(g) ;ΔH1
反应Ⅱ:+2H2(g) ;ΔH2
反应Ⅲ:+3H2(g) ;ΔH3
反应Ⅳ:+3H2(g) ;ΔH4
回答下列问题:
(1)温度为T1时,反应Ⅱ的平衡常数与反应Ⅲ、Ⅳ的平衡常数之间的关系是K2=___________ (用含K3、K4的代数式表示),曲线a、b中,表示反应Ⅳ的平衡常数随温度变化的曲线为___________ (填代号)。已知1-MTL比5-MTL稳定,则的数值范围是___________ (填标号)。
A.< -1 B.-1~0 C.0~1 D.>1
(2)以1mol 1-MN为原料,在1×103 kPa的高压H2氛围下反应(H2的压强近似等于总压),测得不同温度下达平衡时各产物的选择性Si(某生成物i的物质的量与消耗1-MN的物质的量之比)和物质的量分数xi(xi表示物种i物质的量与除H2外其他各物种总物质的量之比)随1-MN平衡转化率y的变化关系如图所示。
反应温度为T2时,1-MN平衡转化率y=80%,则反应消耗H2的物质的量为___________ ,m=___________ ,反应Ⅱ的分压平衡常数Kp=___________ kPa–2。
(3)同温同压下,向温度为T2时的平衡体系中再充入H2,过程中保持H2的浓度不变,反应Ⅰ的化学平衡___________ (填“正向移动”“逆向移动”或“不移动”)。平衡时,1-MTL与5-MTL物质的量浓度之比c(1-MTL):c(5-MTL)=___________ 。
反应Ⅰ:+2H2(g) ;ΔH1
反应Ⅱ:+2H2(g) ;ΔH2
反应Ⅲ:+3H2(g) ;ΔH3
反应Ⅳ:+3H2(g) ;ΔH4
回答下列问题:
(1)温度为T1时,反应Ⅱ的平衡常数与反应Ⅲ、Ⅳ的平衡常数之间的关系是K2=
A.< -1 B.-1~0 C.0~1 D.>1
(2)以1mol 1-MN为原料,在1×103 kPa的高压H2氛围下反应(H2的压强近似等于总压),测得不同温度下达平衡时各产物的选择性Si(某生成物i的物质的量与消耗1-MN的物质的量之比)和物质的量分数xi(xi表示物种i物质的量与除H2外其他各物种总物质的量之比)随1-MN平衡转化率y的变化关系如图所示。
反应温度为T2时,1-MN平衡转化率y=80%,则反应消耗H2的物质的量为
(3)同温同压下,向温度为T2时的平衡体系中再充入H2,过程中保持H2的浓度不变,反应Ⅰ的化学平衡
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