CH4-CO2催化重整不仅可以得到合成气(CO和H2),还对温室气体的减排具有重要意义。回答下列问题:
(1)CH4-CO2催化重整反应为:CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g)。
已知:C(s)+2H2(g)=CH4(g) ΔH=-75 kJ·mol−1
C(s)+O2(g)=CO2(g) ΔH=-394 kJ·mol−1
C(s)+1/2O2(g)=CO(g) ΔH=-111 kJ·mol−1
该催化重整反应的ΔH=______ kJ·mol−1。有利于提高CH4平衡转化率的条件是____ (填标号)。
A.高温低压B.低温高压C.高温高压D.低温低压
某温度下,在体积为2 L的容器中加入2 mol CH4、1 mol CO2以及催化剂进行重整反应,达到平衡时CO2的转化率是50%,其平衡常数为_______ mol2·L−2。
(2)反应中催化剂活性会因积碳反应而降低,同时存在的消碳反应则使积碳量减少。
相关数据如下表:
①由上表判断,催化剂X____ Y(填“优于”或“劣于”),理由是_________________ 。在反应进料气组成、压强及反应时间相同的情况下,某催化剂表面的积碳量随温度的变化关系如图所示。升高温度时,下列关于积碳反应、消碳反应的平衡常数(K)和速率(v)的叙述正确的是________ 填标号)。
A.K积、K消均增加B.v积减小,v消增加
C.K积减小,K消增加D.v消增加的倍数比v积增加的倍数大
②在一定温度下,测得某催化剂上沉积碳的生成速率方程为v=k·p(CH4)·[p(CO2)]-0.5(k为速率常数)。在p(CH4)一定时,不同p(CO2)下积碳量随时间的变化趋势如图所示,则pa(CO2)、pb(CO2)、pc(CO2)从大到小的顺序为________________ 。
(1)CH4-CO2催化重整反应为:CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g)。
已知:C(s)+2H2(g)=CH4(g) ΔH=-75 kJ·mol−1
C(s)+O2(g)=CO2(g) ΔH=-394 kJ·mol−1
C(s)+1/2O2(g)=CO(g) ΔH=-111 kJ·mol−1
该催化重整反应的ΔH=
A.高温低压B.低温高压C.高温高压D.低温低压
某温度下,在体积为2 L的容器中加入2 mol CH4、1 mol CO2以及催化剂进行重整反应,达到平衡时CO2的转化率是50%,其平衡常数为
(2)反应中催化剂活性会因积碳反应而降低,同时存在的消碳反应则使积碳量减少。
相关数据如下表:
积碳反应 CH4(g)=C(s)+2H2(g) | 消碳反应 CO2(g)+C(s)=2CO(g) | ||
ΔH/(kJ·mol−1) | 75 | 172 | |
活化能/ (kJ·mol−1) | 催化剂X | 33 | 91 |
催化剂Y | 43 | 72 |
A.K积、K消均增加B.v积减小,v消增加
C.K积减小,K消增加D.v消增加的倍数比v积增加的倍数大
②在一定温度下,测得某催化剂上沉积碳的生成速率方程为v=k·p(CH4)·[p(CO2)]-0.5(k为速率常数)。在p(CH4)一定时,不同p(CO2)下积碳量随时间的变化趋势如图所示,则pa(CO2)、pb(CO2)、pc(CO2)从大到小的顺序为
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更新时间:2018-06-09 15:37:48
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【推荐1】均会对环境造成污染,如何高效消除它们造成的污染是科技工作者研究的重要内容。回答下列问题:
(1)一定条件下,可以将 转化为 ,涉及反应如下:
ⅰ. ;
ⅱ.;
ⅲ. 。
①CO的燃烧热___________ 。
②已知反应ⅰ是二级反应,第一步为 ;第二步为,已知 的浓度变化对反应 ⅰ速率几乎无影响,则这两步反应,活化能较大的是第___________ 步。
(2)测得反应ⅱ的为速率常数,只与温度有关)。已知某温度下反应 ⅱ的平衡常数 ,则该温度下___________ ,达到平衡后,仅升高温度,若 增大20倍,则 增大的倍数___________ (填“>”“<”或“=”)20。
(3)一定条件下,也可以将 转化为 ,反应原理为,在恒压(4MPa)密闭容器中加入足量的活性炭和 气体,分别在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三种不同催化剂催化下使其发生反应,测得经过相同时间时 的转化率 随温度的变化如图所示:
①催化效果最好的催化剂是___________ ,点 ___________ 。
②已知:分压=总压×物质的量分数。若 反应达到平衡状态用时 ,则v(NO)=________ MPa/min,Kp=____________ 。
(4)电化学法消除 污染的同时可获得电能,其工作原理图如图所示,负极上发生的电极反应式为___________ 。
(1)一定条件下,可以将 转化为 ,涉及反应如下:
ⅰ. ;
ⅱ.;
ⅲ. 。
①CO的燃烧热
②已知反应ⅰ是二级反应,第一步为 ;第二步为,已知 的浓度变化对反应 ⅰ速率几乎无影响,则这两步反应,活化能较大的是第
(2)测得反应ⅱ的为速率常数,只与温度有关)。已知某温度下反应 ⅱ的平衡常数 ,则该温度下
(3)一定条件下,也可以将 转化为 ,反应原理为,在恒压(4MPa)密闭容器中加入足量的活性炭和 气体,分别在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三种不同催化剂催化下使其发生反应,测得经过相同时间时 的转化率 随温度的变化如图所示:
①催化效果最好的催化剂是
②已知:分压=总压×物质的量分数。若 反应达到平衡状态用时 ,则v(NO)=
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【推荐2】利用甲醇(CH3OH)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.CH3OH(g)+H2O(g)3H2(g)+CO2(g) △H1
反应Ⅱ.H2(g)+CO2(g)H2O(g)+CO(g) △H2=akJ•mol-1
反应Ⅲ.CH3OH(g)2H2(g)+CO(g) △H3=bkJ•mol-1
①△H1=____ kJ•mol-1。
②工业上采用CaO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1,请分析加入CaO提高氢气产率的原因____ 。
(2)CO2和H2充入一定体积的密闭容器中,在两种温度下发生反应:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g),测得CH3OH的物质随时间的变化如图2。
①曲线Ⅰ、Ⅱ对应的平衡常数大小关系为KⅠ___ KⅡ(填“>”或“=”或“<”)。
②一定温度下,在容积为1L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v正___ v逆(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.H2的体积分数不变
c.c(H2)=3c(CH3OH)
d.容器中密度不变
e.2个C=O断裂的同时有3个H-H断裂
Ⅱ.(3)已知电离常数HCN:Ka=4.9×10-10;H2CO3:Ka1=4.3×10-7,Ka2=5.6×10-11,则向KCN溶液中通入少量CO2时的离子方程式为___ 。
Ⅲ.(4)利用人工光合作用,借助太阳能使CO2和H2O转化为HCOOH,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.CH3OH(g)+H2O(g)3H2(g)+CO2(g) △H1
反应Ⅱ.H2(g)+CO2(g)H2O(g)+CO(g) △H2=akJ•mol-1
反应Ⅲ.CH3OH(g)2H2(g)+CO(g) △H3=bkJ•mol-1
①△H1=
②工业上采用CaO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1,请分析加入CaO提高氢气产率的原因
(2)CO2和H2充入一定体积的密闭容器中,在两种温度下发生反应:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g),测得CH3OH的物质随时间的变化如图2。
①曲线Ⅰ、Ⅱ对应的平衡常数大小关系为KⅠ
②一定温度下,在容积为1L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 | 1molCO2、3molH2 | 1molCO2、1molH2、1molCH3OH、1molH2O(g) |
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.H2的体积分数不变
c.c(H2)=3c(CH3OH)
d.容器中密度不变
e.2个C=O断裂的同时有3个H-H断裂
Ⅱ.(3)已知电离常数HCN:Ka=4.9×10-10;H2CO3:Ka1=4.3×10-7,Ka2=5.6×10-11,则向KCN溶液中通入少量CO2时的离子方程式为
Ⅲ.(4)利用人工光合作用,借助太阳能使CO2和H2O转化为HCOOH,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】Ⅰ、氮是地球上含量丰富的一种元素,氮及其化合物在工农业生产、生活中有着重要的作用。
(1)下图是和反应生成过程中能量的变化示意图,请写出和反应的热化学方程式:_____ 。
(2)若已知下列数据:
试根据表中及图中数据计算的键能:_____ 。
Ⅱ、我国力争于2030年前做到碳达峰,2060年前实现碳中和。与重整是利用的研究热点之一。该重整反应体系主要涉及以下反应:
a)
b)
c)
d)
e)
(3)根据盖斯定律,反应的_____ (写出一个代数式即可)。
(4)上述反应体系在一定条件下建立平衡后,下列说法正确的有_____。
(5)一定条件下,分解形成碳的反应历程如图1所示。该历程分_____ 步进行,其中,第_____ 步的正反应活化能最大。
(6)设为相对压力平衡常数,其表达式写法:在浓度平衡常数表达式中,用相对分压代替浓度。气体的相对分压等于其分压(单位为)除以。反应a、c、e的随(温度的倒数)的变化如图2所示。
①反应a、c、e中,属于吸热反应的有_____ (填字母)。
②反应c的相对压力平衡常数表达式为_____ 。
③在图2中点对应温度下、原料组成为、初始总压为的恒容密闭容器中进行反应,体系达到平衡时的分压为。计算的平衡转化率等于_____
(7)用途广泛,写出基于其物理性质的一种用途:_____ 。
(1)下图是和反应生成过程中能量的变化示意图,请写出和反应的热化学方程式:
(2)若已知下列数据:
化学键 | ||
键能 | 435 | 943 |
Ⅱ、我国力争于2030年前做到碳达峰,2060年前实现碳中和。与重整是利用的研究热点之一。该重整反应体系主要涉及以下反应:
a)
b)
c)
d)
e)
(3)根据盖斯定律,反应的
(4)上述反应体系在一定条件下建立平衡后,下列说法正确的有_____。
A.增大与的浓度,反应的正反应速率都增加 |
B.移去部分,反应的平衡均向右移动 |
C.加入反应的催化剂,可提高的平衡转化率 |
D.降低反应温度,反应a~e的正、逆反应速率都减小 |
(5)一定条件下,分解形成碳的反应历程如图1所示。该历程分
(6)设为相对压力平衡常数,其表达式写法:在浓度平衡常数表达式中,用相对分压代替浓度。气体的相对分压等于其分压(单位为)除以。反应a、c、e的随(温度的倒数)的变化如图2所示。
①反应a、c、e中,属于吸热反应的有
②反应c的相对压力平衡常数表达式为
③在图2中点对应温度下、原料组成为、初始总压为的恒容密闭容器中进行反应,体系达到平衡时的分压为。计算的平衡转化率等于
(7)用途广泛,写出基于其物理性质的一种用途:
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【推荐1】砷(As)是第33号元素,可以形成As2S3、As2O5、H3AsO3、H3AsO4等化合物,有着广泛的用途。回答下列问题:
(1)砷在元素周期表中的位置是__________________________ 。
(2)工业上常将含砷废渣(主要成分为As2S3)制成浆状,通入O2氧化,生成H3AsO4和单质硫。写出发生反应的化学方程式_________________________________________ 。该反应需要在加压下进行,原因是__________________________ 。
(3)已知:2As(s)+3H2(g)+4O2(g)=2H3AsO4(s)△H1
H2(g)+O2(g)=H2 O(l) △H2
2As(s)+O2(g) =As2O5(s)△H3
则反应 As2O5(s) +3H2O(1)= 2H3AsO4(s)的△H=____________ 。
(4)298K时,将20mL3xmol·L-1Na3AsO3、20 mL 3xmol·L-1I2和20mL NaOH溶液混合,发生反应:AsO33-(aq)+I2+2OH-AsO43-+2I-+H2O。溶液中c(AsO43-) 与反应时间(t)的关系如图所示。
①下列不能判断反应达到平衡的是________ (填标号)。
a.溶液的pH不再变化 b.v(I-)=2v(AsO33-)
c.c(AsO43-)/c(AsO33-)不再变化 d.c(I-)=ymol·L-1
②tm时v逆______ tn时v逆(填“>”“<”或“=”),理由是_____________ 。
③若平衡时溶液的c(OH-)=lmol/L,则该反应的平衡常数K为____________ 。
(1)砷在元素周期表中的位置是
(2)工业上常将含砷废渣(主要成分为As2S3)制成浆状,通入O2氧化,生成H3AsO4和单质硫。写出发生反应的化学方程式
(3)已知:2As(s)+3H2(g)+4O2(g)=2H3AsO4(s)△H1
H2(g)+O2(g)=H2 O(l) △H2
2As(s)+O2(g) =As2O5(s)△H3
则反应 As2O5(s) +3H2O(1)= 2H3AsO4(s)的△H=
(4)298K时,将20mL3xmol·L-1Na3AsO3、20 mL 3xmol·L-1I2和20mL NaOH溶液混合,发生反应:AsO33-(aq)+I2+2OH-AsO43-+2I-+H2O。溶液中c(AsO43-) 与反应时间(t)的关系如图所示。
①下列不能判断反应达到平衡的是
a.溶液的pH不再变化 b.v(I-)=2v(AsO33-)
c.c(AsO43-)/c(AsO33-)不再变化 d.c(I-)=ymol·L-1
②tm时v逆
③若平衡时溶液的c(OH-)=lmol/L,则该反应的平衡常数K为
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【推荐2】CH4和H2O在一定条件下, 可以转化为合成一系列有机化合物、氨的重要原料(CO+H2),这种方法称作甲烷水蒸气重整法制合成气,其能量变化如图:
(1)甲烷水蒸气重整法制合成气的热化学方程式为_______ ;该反应只有在_____ (填“高温”、“低温”或“常温”)才自发进行。
(2)下列有关甲烷水然气重整法制合成气的说法正确的是_______ (填字母)。
A.相同条件下,该反应的逆反应更易发生
B.恒温恒容时充入一定量CO2,可促进CH4转化并可调节CO和H2的比例
C.若反应的高效催化剂为A,则A一定是CO和H2合成CH4的高效催化剂
D.恒温时向上述平衡体系中充入少量Ar,平衡一定不移动
E.有副反应:H2O+COCO2+H2
(3)在恒容密闭容器中充入2mol的CH4和H2O(g)混合气体,且CH4和H2O(g)的物质的量之比为x,相同温度下测得H2平衡产率与x的关系如图所示。请问a、b两点比较(填“>”、“<”、“=”);CH4的转化率a点____ b点,a点CH4的浓度_____ b点H2O(g)的浓度,氢气的产率a点_____ b点。
(4)当充入CH4和H2O(g)物质的量之比1:2.2时,温度、压强p对平衡时CO体积分数φ(CO)的影响如图,则压强由大到小的排序是_____ ;当T<450℃和T≥1000℃时,压强p对φ(CO)几乎无影响的原因是_____________________ 。
(5)在下图左室充入1molCH4和H2O(g)混合气体(物质的量之比为1:1),恒温条件下反应建立平衡,测得CH4的转化率为50%,则其平衡常数为_________ 。
(1)甲烷水蒸气重整法制合成气的热化学方程式为
(2)下列有关甲烷水然气重整法制合成气的说法正确的是
A.相同条件下,该反应的逆反应更易发生
B.恒温恒容时充入一定量CO2,可促进CH4转化并可调节CO和H2的比例
C.若反应的高效催化剂为A,则A一定是CO和H2合成CH4的高效催化剂
D.恒温时向上述平衡体系中充入少量Ar,平衡一定不移动
E.有副反应:H2O+COCO2+H2
(3)在恒容密闭容器中充入2mol的CH4和H2O(g)混合气体,且CH4和H2O(g)的物质的量之比为x,相同温度下测得H2平衡产率与x的关系如图所示。请问a、b两点比较(填“>”、“<”、“=”);CH4的转化率a点
(4)当充入CH4和H2O(g)物质的量之比1:2.2时,温度、压强p对平衡时CO体积分数φ(CO)的影响如图,则压强由大到小的排序是
(5)在下图左室充入1molCH4和H2O(g)混合气体(物质的量之比为1:1),恒温条件下反应建立平衡,测得CH4的转化率为50%,则其平衡常数为
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【推荐3】有可逆反应Fe(s)+CO2(g)⇌FeO(s)+CO(g),已知在温度938K时,平衡常数K=1.5,在1173K时,K=2.2。
(1)能判断该反应达到平衡状态的依据是____ (双选,填序号)。
A.容器内压强不变了 B.c(CO)不变了
C.v正(CO2)=v逆(CO) D.c(CO2)=c(CO)
(2)该反应的正反应是_____ (选填“吸热”、“放热”)反应。
(3)写出该反应的平衡常数表达式____ 。若起始时把Fe和CO2放入体积固定的密闭容器中,CO2的起始浓度为2.0mol/L,某温度时达到平衡,此时容器中CO的浓度为1.0 mol/L,则该温度下上述反应的平衡常数K=____ (保留二位有效数字)。
(4)若该反应在体积固定的密闭容器中进行,在一定条件下达到平衡状态,如果改变下列条件,反应混合气体中CO2的物质的量分数如何变化(选填“增大”、“减小”、“不变”)。
①升高温度______ ;②再通入CO______ 。
(5)该反应的逆反应速率随时间变化的关系如图:
①从图中看到,反应在t2时达平衡,在t1时改变了某种条件,改变的条件可能是(填序号)____ 。(单选)
A.升温 B.增大CO2浓度
②如果在t3时从混合物中分离出部分CO,t4~ t5时间段反应处于新平衡状态,请在图上画出t3~ t5的V(逆)变化曲线_______
(1)能判断该反应达到平衡状态的依据是
A.容器内压强不变了 B.c(CO)不变了
C.v正(CO2)=v逆(CO) D.c(CO2)=c(CO)
(2)该反应的正反应是
(3)写出该反应的平衡常数表达式
(4)若该反应在体积固定的密闭容器中进行,在一定条件下达到平衡状态,如果改变下列条件,反应混合气体中CO2的物质的量分数如何变化(选填“增大”、“减小”、“不变”)。
①升高温度
(5)该反应的逆反应速率随时间变化的关系如图:
①从图中看到,反应在t2时达平衡,在t1时改变了某种条件,改变的条件可能是(填序号)
A.升温 B.增大CO2浓度
②如果在t3时从混合物中分离出部分CO,t4~ t5时间段反应处于新平衡状态,请在图上画出t3~ t5的V(逆)变化曲线
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【推荐1】乙醛是一种重要的烃类衍生物,广泛应用于纺织、医药、化纤、染料和食品工业。
(一)以乙烯和氧气(或空气)为原料,在由PdCl2、CuCl2、盐酸组成的催化剂水溶液中,进行液相氧化生产乙醛,工业上一般控制反应温度在120~130℃,压强在300~350KPa。又称Wacker法。其反应式为:
主反应:CH2═CH2(g) +O2(g) CH3CHO(g) ΔH=-243.2 kJ·mol-1
副反应:CH2═CH2(g) + O2(g) CO2(g)+H2O(g) ΔH=-705.5kJ·mol-1
(1)已知:水的汽化热是44.0 kJ·mol-1,请计算乙烯的燃烧热:ΔH =__________ kJ·mol-1
汽化热:在标准大气压(101KPa)下,使1mol物质在一定温度下蒸发所需要的热量。
(2)Wacker法乙烯氧化制乙醛过程,按照以下机理进行:
①乙烯羰基化反应:_____________________________
②金属钯的再氧化反应:Pd + 2CuCl2 = PdCl2 + 2CuCl
③氯化亚铜的氧化反应:2CuCl + O2 + 2HCl = 2CuCl2 + H2O
请写出①的反应方程式__________________________ 。
(3)下列有关说法正确的是_______________
A.Wacker法制乙醛反应中,氯化钯是反应催化剂,氯化铜的作用是使催化剂再生,没有氯化铜的存在,就不能完成此催化过程。
B.工业上采用的原料气中乙烯大量过量,并有大量未反应的乙烯气要循环使用,这样可提高乙烯利用率,同时原料气中加入CO2有利于提高乙醛选择性。
C.原料气中乙烯大量过量的原因可能是为了让乙烯的体积分数处在爆炸极限范围之外,以避免危险的发生。
D.乙烯氧化生成乙醛的反应是在气-液相中进行的,加压和升温都有利于提高乙烯和氧在液体中的溶解度,加快反应速率。
(4)控制反应条件在120~130℃和300~350KPa,原料气的体积比是V(C2H4):V(O2):V(CO2):V(N2) = 15:10.5:9.5:65,以一定流速通入催化剂水溶液中,一段时间后反应达平衡,测得乙烯的体积分数是0.1,氧气的体积分数是0.05,如果充入100mol原料气,请计算反应达平衡时,n(CH3CHO) =
___________ mol。(不考虑HCl的挥发)
(二)实际工业生产要求有较高产量,速率不能太低,转化率尽可能大,所以应尽量使平衡正向移动。
(1)可逆反应:aA+bB rR +s S ,对反应物A,净反应速率为rA = r正(XA) – r逆(XA),XA为反应物A的转化率,图a表示反应物A的转化率和A的净反应速率与温度(T)的关系图。图a分析可知,在相同温度下,净反应速率为________ 时,XA最大(从“r=0、r1、r2、r3、r4”选填);由图a判断该反应是__________ 反应(填“吸热”或“放热”),并简述原因__________ 。
(2)请在图a中绘制:在不同r下,符合工业生产要求的最佳温度__________ 。
(一)以乙烯和氧气(或空气)为原料,在由PdCl2、CuCl2、盐酸组成的催化剂水溶液中,进行液相氧化生产乙醛,工业上一般控制反应温度在120~130℃,压强在300~350KPa。又称Wacker法。其反应式为:
主反应:CH2═CH2(g) +O2(g) CH3CHO(g) ΔH=-243.2 kJ·mol-1
副反应:CH2═CH2(g) + O2(g) CO2(g)+H2O(g) ΔH=-705.5kJ·mol-1
(1)已知:水的汽化热是44.0 kJ·mol-1,请计算乙烯的燃烧热:ΔH =
汽化热:在标准大气压(101KPa)下,使1mol物质在一定温度下蒸发所需要的热量。
(2)Wacker法乙烯氧化制乙醛过程,按照以下机理进行:
①乙烯羰基化反应:_____________________________
②金属钯的再氧化反应:Pd + 2CuCl2 = PdCl2 + 2CuCl
③氯化亚铜的氧化反应:2CuCl + O2 + 2HCl = 2CuCl2 + H2O
请写出①的反应方程式
(3)下列有关说法正确的是
A.Wacker法制乙醛反应中,氯化钯是反应催化剂,氯化铜的作用是使催化剂再生,没有氯化铜的存在,就不能完成此催化过程。
B.工业上采用的原料气中乙烯大量过量,并有大量未反应的乙烯气要循环使用,这样可提高乙烯利用率,同时原料气中加入CO2有利于提高乙醛选择性。
C.原料气中乙烯大量过量的原因可能是为了让乙烯的体积分数处在爆炸极限范围之外,以避免危险的发生。
D.乙烯氧化生成乙醛的反应是在气-液相中进行的,加压和升温都有利于提高乙烯和氧在液体中的溶解度,加快反应速率。
(4)控制反应条件在120~130℃和300~350KPa,原料气的体积比是V(C2H4):V(O2):V(CO2):V(N2) = 15:10.5:9.5:65,以一定流速通入催化剂水溶液中,一段时间后反应达平衡,测得乙烯的体积分数是0.1,氧气的体积分数是0.05,如果充入100mol原料气,请计算反应达平衡时,n(CH3CHO) =
(二)实际工业生产要求有较高产量,速率不能太低,转化率尽可能大,所以应尽量使平衡正向移动。
(1)可逆反应:aA+bB rR +s S ,对反应物A,净反应速率为rA = r正(XA) – r逆(XA),XA为反应物A的转化率,图a表示反应物A的转化率和A的净反应速率与温度(T)的关系图。图a分析可知,在相同温度下,净反应速率为
(2)请在图a中绘制:在不同r下,符合工业生产要求的最佳温度
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【推荐2】I.已知下列热化学方程式
①NaHCO3(s)=Na+(aq)+HCO(aq) ΔH=+18.81kJ·mol-1
②Na2CO3(s)=2Na+(aq)+CO(aq) ΔH=-16.44kJ·mol-1
③2NaHCO3(s)=Na2CO3(s)+CO2(g)+H2O(l) ΔH=+92.34kJ·mol-1
回答下列问题:
(1)2HCO(aq)=CO(aq)+CO2(g)+H2O(l)ΔH=____ kJ·mol-1。资料显示,NaHCO3固体加热到100℃发生分解,但是加热NaHCO3溶液不到80℃就有大量CO2气体放出,用反应热角度说明原因____ 。
(2)NaHCO3溶液中主要存在2种化学平衡:
a.HCO+H2OH2CO3+OH-,
b.2HCOCO+H2O+CO2
根据理论计算0.10mol·L-1NaHCO3溶液中2个反应的转化率随温度变化如图1所示(不考虑相互影响):
①计算25℃0.10mol·L-1NaHCO3溶液中CO2与H2CO3的总浓度最大可能为____ mol·L-1。
②加热蒸干NaHCO3溶液最后得到的固体是____ 。
II.研究得出当甲烷分解时,几种气体平衡时分压(Pa)与温度(℃)的关系如图2:
(3)T1℃时,向1L恒容密闭容器中充入0.3molCH4,只发生反应2CH4(g)C2H4(g)+2H2(g),达到平衡时,c(C2H4)=c(CH4),则CH4的平衡转化率为____ (小数点后保留一位);上述平衡状态某一时刻,若改变温度至T2℃,CH4以0.01mol·L-1·s-1的平均速率增多,经ts后再次达到平衡,且平衡时,c(CH4)=2c(C2H4),则t=____ s。
(4)列式计算反应2CH4(g)C2H2(g)+3H2(g)在图2中A点温度时的平衡常数K=____ (用平衡分压代替平衡浓度计算,lg0.05=-1.3)。
(5)由图2可知,甲烷裂解制乙炔有副产物乙烯生成,为提高甲烷制乙炔的转化率,除改变温度外,还可采取的措施有____ 。
①NaHCO3(s)=Na+(aq)+HCO(aq) ΔH=+18.81kJ·mol-1
②Na2CO3(s)=2Na+(aq)+CO(aq) ΔH=-16.44kJ·mol-1
③2NaHCO3(s)=Na2CO3(s)+CO2(g)+H2O(l) ΔH=+92.34kJ·mol-1
回答下列问题:
(1)2HCO(aq)=CO(aq)+CO2(g)+H2O(l)ΔH=
(2)NaHCO3溶液中主要存在2种化学平衡:
a.HCO+H2OH2CO3+OH-,
b.2HCOCO+H2O+CO2
根据理论计算0.10mol·L-1NaHCO3溶液中2个反应的转化率随温度变化如图1所示(不考虑相互影响):
①计算25℃0.10mol·L-1NaHCO3溶液中CO2与H2CO3的总浓度最大可能为
②加热蒸干NaHCO3溶液最后得到的固体是
II.研究得出当甲烷分解时,几种气体平衡时分压(Pa)与温度(℃)的关系如图2:
(3)T1℃时,向1L恒容密闭容器中充入0.3molCH4,只发生反应2CH4(g)C2H4(g)+2H2(g),达到平衡时,c(C2H4)=c(CH4),则CH4的平衡转化率为
(4)列式计算反应2CH4(g)C2H2(g)+3H2(g)在图2中A点温度时的平衡常数K=
(5)由图2可知,甲烷裂解制乙炔有副产物乙烯生成,为提高甲烷制乙炔的转化率,除改变温度外,还可采取的措施有
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解题方法
【推荐3】聚丙烯是生产医用无纺布口罩及防护服的材料。丙烯是制造聚丙烯的单体。工业上制备丙烯的方法有多种,回答下列问题:
Ⅰ.以异丙醇为原料制备丙烯。已知: kJ⋅mol。
已知几种共价键键能如表所示:
(1)该反应在______ (填“较高”“较低”或“任意”)温度下能自发进行。
(2)C=C键键能为______ kJ⋅mol。
Ⅱ.中国某课题组开发富含硼氧活性位点的热稳定层柱状框架类材料助力丙烷氧化脱氢。
有关反应如下:
反应1:
反应2:
(3)向密闭容器中充入1 mol ,同时发生反应1和反应2,升高温度,氢气的体积分数增大。
当达到平衡时,测得丙烯的体积分数与温度、压强的关系如图1所示。
①其他条件相同,增大压强,丙烯体积分数减小的原因是____________ 。
②b点时丙烯与乙烯的体积之比为10∶1,丙烷的平衡转化率为______ (保留3位有效数字)。
③下列物理量中,图中c点大于d点的是______ (填标号)。
A.正反应速率 B.对应温度下反应1的平衡常数
C.逆反应速率 D.平均摩尔质量
④当降温的同时,缩小容器的体积,G点对应的平衡体系达到新平衡时丙烯的体积分数可能对应图中的______ (填“a”“b”“c”或“d”)点。
(4)一定温度下,总压保持为p时,向反应器中充入和,发生反应1和反应2,测得丙烷的平衡转化率与投料比的关系如图2所示。
①向反应器中充入的目的是____________ 。
②该温度下,M点丙烯的选择性为66.7%,此时反应1的平衡常数为______ 。
提示:(ⅰ)用分压计算的平衡常数为,分压=总压×物质的量分数。
(ⅱ)丙烯的选择性。
Ⅰ.以异丙醇为原料制备丙烯。已知: kJ⋅mol。
已知几种共价键键能如表所示:
共价键 | H-C | C-C | C-C | C-O | H-O |
键能/(kJ⋅mol) | 413 | 347 | E | 326 | 467 |
(1)该反应在
(2)C=C键键能为
Ⅱ.中国某课题组开发富含硼氧活性位点的热稳定层柱状框架类材料助力丙烷氧化脱氢。
有关反应如下:
反应1:
反应2:
(3)向密闭容器中充入1 mol ,同时发生反应1和反应2,升高温度,氢气的体积分数增大。
当达到平衡时,测得丙烯的体积分数与温度、压强的关系如图1所示。
①其他条件相同,增大压强,丙烯体积分数减小的原因是
②b点时丙烯与乙烯的体积之比为10∶1,丙烷的平衡转化率为
③下列物理量中,图中c点大于d点的是
A.正反应速率 B.对应温度下反应1的平衡常数
C.逆反应速率 D.平均摩尔质量
④当降温的同时,缩小容器的体积,G点对应的平衡体系达到新平衡时丙烯的体积分数可能对应图中的
(4)一定温度下,总压保持为p时,向反应器中充入和,发生反应1和反应2,测得丙烷的平衡转化率与投料比的关系如图2所示。
①向反应器中充入的目的是
②该温度下,M点丙烯的选择性为66.7%,此时反应1的平衡常数为
提示:(ⅰ)用分压计算的平衡常数为,分压=总压×物质的量分数。
(ⅱ)丙烯的选择性。
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【推荐1】甲醇(CH3OH)热值高、无污染,既可做燃料,又是重要的化工原料。科学家正研究利用CO2生产甲醇以发展低碳经济。
(1)已知CO(g)和CH3OH(l)的燃烧热分别为283kJ•mol-1和726kJ•mol-1。则甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式为______ 。
(2)根据甲醇在酸性电解质溶液中与氧气作用生成二氧化碳和水的反应,设计一种燃料电池,则其负极反应式为______ 。若该燃料电池消耗1mol甲醇所能产生的最大电能为689.7kJ,与其燃烧所能释放的全部能量相比,该燃料电池的理论效率为______ 。
(3)探究不同条件下对合成甲醇反应的影响:CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g)。
①其他条件不变,T1、T2两种温度下CH3OH的物质的量随时间的变化如图,则该反应在T1时的平衡常数比T2时的______ (填“大”、“小”),处于A点的反应体系从T1变到T2,达到平衡时______ (填“增大”、“减小”或“不变”)。
②某温度下,在体积为1L的密闭容器中加入4molCO2、8molH2,测得H2的物质的量随时间变化如图曲线(甲)所示:
则a→b时间段内v(CH3OH)=______ mol•L-1•min-1;若仅改变某一条件再进行实验,测得H2的物质的量随时间变化如图中虚线(乙)所示。曲线(乙)对应改变的实验条件可以是______ (填序号)。
A.加催化剂 B.增大压强 C.升高温度 D.增大CO2浓度
若图中曲线甲平衡后保持恒温恒容,按如表各组的物质的量再次增加投入反应混合物,其中平衡向正反应方向进行的是______ 。
(1)已知CO(g)和CH3OH(l)的燃烧热分别为283kJ•mol-1和726kJ•mol-1。则甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式为
(2)根据甲醇在酸性电解质溶液中与氧气作用生成二氧化碳和水的反应,设计一种燃料电池,则其负极反应式为
(3)探究不同条件下对合成甲醇反应的影响:CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g)。
①其他条件不变,T1、T2两种温度下CH3OH的物质的量随时间的变化如图,则该反应在T1时的平衡常数比T2时的
②某温度下,在体积为1L的密闭容器中加入4molCO2、8molH2,测得H2的物质的量随时间变化如图曲线(甲)所示:
则a→b时间段内v(CH3OH)=
A.加催化剂 B.增大压强 C.升高温度 D.增大CO2浓度
若图中曲线甲平衡后保持恒温恒容,按如表各组的物质的量再次增加投入反应混合物,其中平衡向正反应方向进行的是
物质 | n(CO2) | n(H2) | n(CH3OH) | n(H2O) |
A | 0 | 0 | 1 | 1 |
B | 1 | 0 | 1 | 0 |
C | 0 | 1 | 1 | 0 |
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(0.4)
解题方法
【推荐2】氮及其化合物倍受关注,例如氮化镓是优良的材料。
(1)基态原子的核外电子排布式为___________ 。
(2)已知: ;则___________ 。
(3)时,将和各充入容积为的密闭容器中,保持温度和体积不变,的物质的量随时间变化如图(a)。
①反应在内,以的浓度变化表示的反应速率为___________ 。
②已知:时达到平衡,此时体系的总压强为,则时该反应的压力平衡常数的数值___________ (用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数,不带单位)。
③时,若改变外界反应条件,导致发生如图所示的变化,则改变的条件可能是___________ (填字母)。
A. 增大浓度 B. 升温 C. 减小容器体积 D. 充稀有气体
(4)图(b)是电解制备工作原理,电解总反应为:___________ ,为使电解产物全部转化为,需补充的气体物质是___________ (填化学式)。
(1)基态原子的核外电子排布式为
(2)已知: ;则
(3)时,将和各充入容积为的密闭容器中,保持温度和体积不变,的物质的量随时间变化如图(a)。
①反应在内,以的浓度变化表示的反应速率为
②已知:时达到平衡,此时体系的总压强为,则时该反应的压力平衡常数的数值
③时,若改变外界反应条件,导致发生如图所示的变化,则改变的条件可能是
A. 增大浓度 B. 升温 C. 减小容器体积 D. 充稀有气体
(4)图(b)是电解制备工作原理,电解总反应为:
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(0.4)
【推荐3】利用太阳能等可再生能源,通过光催化、光电催化或电解水制氢来进行二氧化碳加氢制甲醇,发生的主要反应是,请回答下列有关问题。
(1)常压下,二氧化碳加氢制甲醇反应时的能量变化如图1所示,则该反应的反应热___________ 。
(2)若二氧化碳加氢制甲醇反应在恒温恒容的密闭体系中进行,下列示意图正确且能说明该反应进行到时刻达到平衡状态的是___________(填字母序号)。
(3)℃,在容积(均为2L)相同的a,b两个密闭容器中分别均投入和,进行二氧化碳加氢制甲醇的反应。容器a中保持压强不变,容器b保持容积不变,容器b中甲醇的体积分数与时间关系如图2所示。
①容器b中0~10min氢气的平均反应速率___________ ;℃,反应的平衡常数为___________ 。
②达到平衡后容器a中的平衡转化率___________ 75%(填“>”“<”或“=”)。
③若起始时,容器b中其他条件不变,加入催化剂,则反应情况会由曲线b变为曲线c,则请在图2中画出曲线c的趋势___________ 。
(4)二氧化碳加氢制甲醇的反应历程如图3所示,方框内包含微粒种类及数目、微粒的相对总能量(括号里的数字或字母,单位:eV);其中,TS表示过渡态、*表示吸附在催化剂上的微粒。
则生成甲醇的决速步骤的反应方程式为___________ 。
(1)常压下,二氧化碳加氢制甲醇反应时的能量变化如图1所示,则该反应的反应热
(2)若二氧化碳加氢制甲醇反应在恒温恒容的密闭体系中进行,下列示意图正确且能说明该反应进行到时刻达到平衡状态的是___________(填字母序号)。
A. | B. | C. | D. |
(3)℃,在容积(均为2L)相同的a,b两个密闭容器中分别均投入和,进行二氧化碳加氢制甲醇的反应。容器a中保持压强不变,容器b保持容积不变,容器b中甲醇的体积分数与时间关系如图2所示。
①容器b中0~10min氢气的平均反应速率
②达到平衡后容器a中的平衡转化率
③若起始时,容器b中其他条件不变,加入催化剂,则反应情况会由曲线b变为曲线c,则请在图2中画出曲线c的趋势
(4)二氧化碳加氢制甲醇的反应历程如图3所示,方框内包含微粒种类及数目、微粒的相对总能量(括号里的数字或字母,单位:eV);其中,TS表示过渡态、*表示吸附在催化剂上的微粒。
则生成甲醇的决速步骤的反应方程式为
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