1 . 国家主席习近平提出了中国应对气候变化的两个目标:二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,于2060年前实现碳中和。杭州亚运会火炬使用的燃料为“零碳甲醇”,是利用焦炉气中的H2与从工业尾气中捕集的二氧化碳反应合成,实现废碳再生、循环内零碳排放。
(1)已知:某温度下物质的相对能量如下图1所示,在In2O3催化下用CO2(g)和H2(g)制备CH3OH(g)的反应原理如图2。___________ 。
①该反应在___________ (填“高温”或“低温”)下能自发进行。
②向一绝热恒容密闭容器中充入等物质的量的H2和CO2进行反应,下面不能判断该反应已达到平衡状态的是___________ 。
A混合气体的密度保持不变 B.总压强不变
C.平衡常数不变 D.H2的转化率保持不变
(2)煤制甲醇的生产工艺中,由合成气(组成为H2、CO和少量的CO2)可直接制备甲醇,主要包括以下三个反应:
ⅰ.CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) △H1=+41.1kJ/mol
ⅱ.CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H1=+90.1kJ/mol
ⅲ.CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H3
t℃、100kPa下,将3molH2(g)、1molCO2(g)和6molKr(g)投入一恒容密闭容器中发生反应。反应达到平衡时,测得容器中CH3OH(g)为0.5mol、CO(g)为0.2mol。
①CO2的平衡转化率为___________ 。
②反应ⅱ的平衡常数Kx=___________ (保留位小数)[对于反应aM(g)+bN(g)cZ(g)+dQg),Kx=,x为物质的量分数]。
(3)2023年11月20日,福岛核电站第三批次核污水排放结束,从8月24日正式开启排污,不到三个月的时间,己有超2.3万吨核污水流入太平洋,引发了国际社会的广泛关注和担忧。铀(U)可用作核燃料,核废料中+6价的铀[]可以通过电化学还原法处理,+6价的铀被还原为U4+的电化学装置如图所示:①阴极的电极反应为:___________ 。
②阴极上可能发生副反应:+3H++2e-=HNO2+H2O、2HNO2+U4+=+2NO↑+2H+,为了减少副反应造成的影响,可向阴极区溶液中加入N2H5NO3,发生的反应为:2HNO2+=N2O↑+N2↑+3H2O+H+,溶液中加入N2H5NO3的具体作用是___________ 。
③电还原处理+6价的铀转移1rnole-,阴极区H+减少___________ mol(不考虑副反应)。
(1)已知:某温度下物质的相对能量如下图1所示,在In2O3催化下用CO2(g)和H2(g)制备CH3OH(g)的反应原理如图2。
请写出制备甲醇的热化学方程式为:
①该反应在
②向一绝热恒容密闭容器中充入等物质的量的H2和CO2进行反应,下面不能判断该反应已达到平衡状态的是
A混合气体的密度保持不变 B.总压强不变
C.平衡常数不变 D.H2的转化率保持不变
(2)煤制甲醇的生产工艺中,由合成气(组成为H2、CO和少量的CO2)可直接制备甲醇,主要包括以下三个反应:
ⅰ.CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) △H1=+41.1kJ/mol
ⅱ.CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H1=+90.1kJ/mol
ⅲ.CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H3
t℃、100kPa下,将3molH2(g)、1molCO2(g)和6molKr(g)投入一恒容密闭容器中发生反应。反应达到平衡时,测得容器中CH3OH(g)为0.5mol、CO(g)为0.2mol。
①CO2的平衡转化率为
②反应ⅱ的平衡常数Kx=
(3)2023年11月20日,福岛核电站第三批次核污水排放结束,从8月24日正式开启排污,不到三个月的时间,己有超2.3万吨核污水流入太平洋,引发了国际社会的广泛关注和担忧。铀(U)可用作核燃料,核废料中+6价的铀[]可以通过电化学还原法处理,+6价的铀被还原为U4+的电化学装置如图所示:①阴极的电极反应为:
②阴极上可能发生副反应:+3H++2e-=HNO2+H2O、2HNO2+U4+=+2NO↑+2H+,为了减少副反应造成的影响,可向阴极区溶液中加入N2H5NO3,发生的反应为:2HNO2+=N2O↑+N2↑+3H2O+H+,溶液中加入N2H5NO3的具体作用是
③电还原处理+6价的铀转移1rnole-,阴极区H+减少
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解题方法
2 . 乙烯是重要的工业原料,可用下列方法制备。
Ⅰ.催化加氢法制乙烯:
已知:的燃烧热分别为:;
(1)该反应___________ 。
(2)将和按物质的量之比为2:3充入恒容密闭容器中,分别在不同催化剂条件下发生反应,测得相同时间的转化率与温度的关系如图所示:一定温度下,下列有关说法正确的是___________ 。
A.达平衡时,一定为2:3
B.向反应体系中加入少量无水固体,可提高的产率
C.b、d两状态下,化学反应速率一定相等
D.使用催化剂Ⅰ时反应的活化能比使用催化剂Ⅱ时低
E.温度下,向容器中加入稀有气体,可提高的转化率
Ⅱ.工业上也可用甲烷催化法制取乙烯,只发生如下反应:。
(3)温度T时,向2L的恒容反应器中充入,仅发生上述反应,反应过程中的物质的量随时间变化如图所示:实验测得:,,为速率常数,只与温度有关,T温度时,___________ (用含有x的代数式表示);当温度升高时,增大m倍,增大n倍,则m___________ (填“>”“<”或“=”)n。
Ⅲ.氧化制乙烯:
主反应为:
(4)某催化剂催化过程中,在催化剂表面发生了一系列反应:
①,
②,
③,
④___________。
则:④的反应式为___________ 。
(5)在与反应制的过程中,
还会发生副反应:
①其他条件相同时,与经相同反应时间测得如表实验数据:
相同温度时,催化剂2催化下产率更高的原因是___________ 。
②在容器体积为1.0L,充入和同时发生主、副反应,乙烷的平衡转化率、乙烯的选择性()与温度、压强的关系如图所示。M点主反应的平衡常数为___________ (结果保留2位有效数字)。
Ⅰ.催化加氢法制乙烯:
已知:的燃烧热分别为:;
(1)该反应
(2)将和按物质的量之比为2:3充入恒容密闭容器中,分别在不同催化剂条件下发生反应,测得相同时间的转化率与温度的关系如图所示:一定温度下,下列有关说法正确的是
A.达平衡时,一定为2:3
B.向反应体系中加入少量无水固体,可提高的产率
C.b、d两状态下,化学反应速率一定相等
D.使用催化剂Ⅰ时反应的活化能比使用催化剂Ⅱ时低
E.温度下,向容器中加入稀有气体,可提高的转化率
Ⅱ.工业上也可用甲烷催化法制取乙烯,只发生如下反应:。
(3)温度T时,向2L的恒容反应器中充入,仅发生上述反应,反应过程中的物质的量随时间变化如图所示:实验测得:,,为速率常数,只与温度有关,T温度时,
Ⅲ.氧化制乙烯:
主反应为:
(4)某催化剂催化过程中,在催化剂表面发生了一系列反应:
①,
②,
③,
④___________。
则:④的反应式为
(5)在与反应制的过程中,
还会发生副反应:
①其他条件相同时,与经相同反应时间测得如表实验数据:
实验 | 温度/K | 催化剂 | 的产率% |
实验1 | 400 | 催化剂1 | 55.0 |
400 | 催化剂2 | 62.3 | |
实验2 | 500 | 催化剂1 | 68.5 |
500 | 催化剂2 | 80.1 |
②在容器体积为1.0L,充入和同时发生主、副反应,乙烷的平衡转化率、乙烯的选择性()与温度、压强的关系如图所示。M点主反应的平衡常数为
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3 . 加热分解可以制备活性。
已知:热分解反应如下:
①
②
③
回答下列问题:
(1)___________ (用、、表示)。
(2)在空气中热失重图像如图1所示(、、对应的物质为纯净物且、对应的是氧化物),段固体分解产生的气体是___________ (填电子式);段的化学方程式为___________ 。(3)某温度下,在真空密闭容器中投入足量的,发生反应①,时,温度不变,将容器体积缩小为原来的四分之一后保持体积不变,再次达到平衡状态,如图2所示,A点可能移动到___________ (填“B”“C”或“D”)点,判断依据是___________ 。(4)一定温度下,在恒容密闭容器中投入足量的粉末发生反应①,下列情况表明反应已达到平衡状态的是___________ (填标号)。
a.气体密度不随时间变化 b.气体相对分子质量不随时间变化
c.固体质量不随时间变化 d.浓度不随时间变化
(5)已知:
①几种物质相对能量如下:
则该反应___________ 。
②在密闭容器中充入足量和,发生上述反应。测得平衡体系中体积分数与压强、温度关系如图所示,___________ (填“>”“<”或“=”)。温度下,点平衡常数为___________ (用表示)。提示:用分压计算的平衡常数为,分压总压物质的量分数。
已知:热分解反应如下:
①
②
③
回答下列问题:
(1)
(2)在空气中热失重图像如图1所示(、、对应的物质为纯净物且、对应的是氧化物),段固体分解产生的气体是
a.气体密度不随时间变化 b.气体相对分子质量不随时间变化
c.固体质量不随时间变化 d.浓度不随时间变化
(5)已知:
①几种物质相对能量如下:
物质 | ||||
相对能量 | -894 | 0 | -959 | -393.5 |
②在密闭容器中充入足量和,发生上述反应。测得平衡体系中体积分数与压强、温度关系如图所示,
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解题方法
4 . 汽车尾气中含有CO、NO2等有毒气体,对汽车家装尾气净化装置,可使有毒气体相互反应转化为无毒气体。
已知
(1)该反应在___________ (填“高温、低温或任何温度”)下能自发进行。
(2)对于该反应,改变某一反应条件(温度),下列图象正确的是___________(填标号)。
(3)某实验小组模拟上述净化过程,一定温度下,在的恒容密闭容器中,起始时按照甲、乙两种方式进行投料。甲:乙:,经过一段时间后达到平衡状态。
①的平衡体积分数:甲___________ 乙(填“>、=、<或不确定”,下同)。
②的平衡浓度:甲___________ 乙。
③甲中的转化率为,该反应的平衡常数为___________ 。
已知
(1)该反应在
(2)对于该反应,改变某一反应条件(温度),下列图象正确的是___________(填标号)。
A. | B. | C. | D. |
(3)某实验小组模拟上述净化过程,一定温度下,在的恒容密闭容器中,起始时按照甲、乙两种方式进行投料。甲:乙:,经过一段时间后达到平衡状态。
①的平衡体积分数:甲
②的平衡浓度:甲
③甲中的转化率为,该反应的平衡常数为
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5 . 中国科学家首次实现了二氧化碳到淀粉的从头合成,CO2的捕集、利用与封存成为科学家研究的重要课题。
以CO2、C2H6为原料合成C2H4涉及的主要反应如下:
I.CO2(g)+C2H6(g)C2H4(g)+H2O(g)+CO(g) ΔH=+177kJ·mol-1 (主反应)
II.C2H6(g)CH4(g)+H2(g)+C(s) ΔH=+9kJ·mol-1 (副反应)
(1)反应I的反应历程可分为如下两步:
i. C2H6(g)C2H4(g)+H2(g) ΔH1 (反应速率较快)
ii. H2(g)+CO2(g)H2O(g)+CO(g) ΔH2=+44kJ·mol-1 (反应速率较慢)
①∆H1=_______
②相比于提高c(C2H6),提高c(CO2)对反应I速率影响更大,原因是_______ 。
(2)向恒压密闭容器中充入CO2和C2H6合成C2H4,发生主反应,温度对催化剂K-Fe-Mn/Si-2性能的影响如图所示,工业生产综合各方面的因素,反应选择800℃的原因是_______ 。(3)工业上也可用甲烷催化法制取乙烯,只发生反应如下:2CH4(g)C2H4(g)+2H2(g) ΔH>0,温度T时,向2L的恒容反应器中充入2molCH4,仅发生上述反应,反应过程中CH4的物质的量随时间变化如图所示:实验测得v正=k正c2(CH4),v逆=k逆c(C2H4)c2(H2),k正、k逆为速率常数,只与温度有关,T温度时,____ (用含有x的代数式表示);当温度升高时,k正增大m倍,k逆增大n倍,则m_____ n(填“>”、“<”或“=”)。
以CO2、C2H6为原料合成C2H4涉及的主要反应如下:
I.CO2(g)+C2H6(g)C2H4(g)+H2O(g)+CO(g) ΔH=+177kJ·mol-1 (主反应)
II.C2H6(g)CH4(g)+H2(g)+C(s) ΔH=+9kJ·mol-1 (副反应)
(1)反应I的反应历程可分为如下两步:
i. C2H6(g)C2H4(g)+H2(g) ΔH1 (反应速率较快)
ii. H2(g)+CO2(g)H2O(g)+CO(g) ΔH2=+44kJ·mol-1 (反应速率较慢)
①∆H1=
②相比于提高c(C2H6),提高c(CO2)对反应I速率影响更大,原因是
(2)向恒压密闭容器中充入CO2和C2H6合成C2H4,发生主反应,温度对催化剂K-Fe-Mn/Si-2性能的影响如图所示,工业生产综合各方面的因素,反应选择800℃的原因是
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6 . 氮氧化物进入同温层可对臭氧层造成破坏,对人类生活造成不利影响,目前工业上可采用多种方法对废气中的氮氧化物进行脱除,回答下列问题:
(1)SCR法主要是针对柴油发动机产生的的处理工艺,原理是和在选择性催化剂表面转化为和,反应历程中的能量变化如下图所示:其中决定总反应速率的步骤是___________ ,SCR法会产生高分散度的烟尘,会使催化剂的活性下降,原因是___________ 。
(2)甲烷脱硝:
①已知甲烷的燃烧热为890.3kJ/mol, , ,则甲烷脱硝反应的___________ kJ/mol。
②800K时,为提高NO的平衡转化率,理论上可以采取的措施有:___________ 。
A.恒容时增加 B.恒压时通入一定量的Ar
C.移去部分 D.选择合适的催化剂
③一定温度下,将按一定比例混合的反应气匀速通过恒容催化反应器,测得NO去除率同转化率随反应温度的变化关系如下图所示:当T>780K时,NO去除率随温度升高而降低的原因是___________ ;若反应气中,起始总压为66kPa,甲烷的平衡转化率为80%(若不考虑过程中存在的其他副反应),计算该温度下反应的分压平衡常数___________ (以分压表示,分压=总压×物质的量分数,保留两位有效数字)。
(3)中国科学院研究人员报道了一种以铜锡合金为催化剂,在电催化条件下还原NO高效合成氨的方法,并通过DFT计算研究了反应可能得机理如下(*表示催化剂表面吸附位,如表示吸附于催化剂表面的NOH):
Ⅰ Ⅱ
Ⅲ Ⅳ
Ⅴ Ⅵ
上述反应机理中,第Ⅲ步的转化机理为___________ ;若电路中有4mol电子通过,其中生成的选择性为95%,则阴极生成的物质的量为___________ mol。
(1)SCR法主要是针对柴油发动机产生的的处理工艺,原理是和在选择性催化剂表面转化为和,反应历程中的能量变化如下图所示:其中决定总反应速率的步骤是
(2)甲烷脱硝:
①已知甲烷的燃烧热为890.3kJ/mol, , ,则甲烷脱硝反应的
②800K时,为提高NO的平衡转化率,理论上可以采取的措施有:
A.恒容时增加 B.恒压时通入一定量的Ar
C.移去部分 D.选择合适的催化剂
③一定温度下,将按一定比例混合的反应气匀速通过恒容催化反应器,测得NO去除率同转化率随反应温度的变化关系如下图所示:当T>780K时,NO去除率随温度升高而降低的原因是
(3)中国科学院研究人员报道了一种以铜锡合金为催化剂,在电催化条件下还原NO高效合成氨的方法,并通过DFT计算研究了反应可能得机理如下(*表示催化剂表面吸附位,如表示吸附于催化剂表面的NOH):
Ⅰ Ⅱ
Ⅲ Ⅳ
Ⅴ Ⅵ
上述反应机理中,第Ⅲ步的转化机理为
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解题方法
7 . 利用传感技术可探究压强对化学平衡的影响。往注射器中充入适量气体保持活塞位置不变达到平衡(图甲);恒定温度下,分别在时快速移动注射器活塞后保持活塞位置不变,测得注射器内气体总压强随时间变化如图乙。下列说法错误的是
A.两点对应的反应速率: |
B.B点对应的分压平衡常数为 |
C.C点到D点平衡逆向移动,针筒内气体颜色D点比B点深 |
D.三点中,点的气体平均相对分子质量最大 |
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解题方法
8 . 、(主要指和)是大气主要污染物之一、有效去除大气中的、是环境保护的重要课题。
已知:
反应1:
反应2:
反应3:
反应4:
回答下列问题:
(1)计算_____ ,已知反应3的,则该反应自发进行的最高温度为_____ (取整数)K。
(2)已知反应4在某催化剂作用下的反应历程如图。①_____ (填“”或“”)0.
②该反应历程的决速步骤为_____ 。
③可提高该反应中平衡转化率的措施有_____ (填两条)。
(3)向密闭容器中充入一定量的和,保持总压为,发生反应4.当时的平衡转化率随温度以及下NO的平衡转化率随投料比的变化关系如图:①能表示此反应已经达到平衡状态的是_____ (填标号)。
A.气体的密度保持不变
B.的浓度不变
C.
②表示时的平衡转化率随温度的变化关系曲线是_____ (填“"或“II"),理由是_____ 。
③a、d两点对应的平衡常数大小比较为_____ (填“>”“<”或“=”)。
④b点对应条件下的压强平衡常数_____ (为用分压表示的平衡常数,分压=总压×物质的量分数,列出计算式即可)。
已知:
反应1:
反应2:
反应3:
反应4:
回答下列问题:
(1)计算
(2)已知反应4在某催化剂作用下的反应历程如图。①
②该反应历程的决速步骤为
③可提高该反应中平衡转化率的措施有
(3)向密闭容器中充入一定量的和,保持总压为,发生反应4.当时的平衡转化率随温度以及下NO的平衡转化率随投料比的变化关系如图:①能表示此反应已经达到平衡状态的是
A.气体的密度保持不变
B.的浓度不变
C.
②表示时的平衡转化率随温度的变化关系曲线是
③a、d两点对应的平衡常数大小比较为
④b点对应条件下的压强平衡常数
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解题方法
9 . 硫酸亚铁在工农业生产中有许多用途,如可用作农药防治小麦黑穗病,制造磁性氧化铁、铁催化剂等。回答下列问题:
(1)将置入抽空的刚性容器中,升高温度发生分解反应:(I)。平衡时的关系如下图所示。时,该反应的平衡总压___________ 、平衡常数___________ 。随反应温度升高而___________ (填“增大”“减小”或“不变”)。(2)提高温度,上述容器中进一步发生反应(II),平衡时___________ (用表示)。在时,,则___________ ,___________ (列出计算式)。
(1)将置入抽空的刚性容器中,升高温度发生分解反应:(I)。平衡时的关系如下图所示。时,该反应的平衡总压
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解题方法
10 . 二氧化碳催化加氢制甲醇,能助力“碳达峰”,涉及反应有:
反应①
反应②
反应③
(1)在下,和按物质的量之比为进行投料,只发生反应①和反应③,平衡时CO和在含碳产物中的物质的量分数及转化率随温度的变化如图所示。③250℃时,反应①的平衡常数___________ (为以分压表示的平衡常数,分压=总压×物质的量分数)。
反应①
反应②
反应③
(1)在下,和按物质的量之比为进行投料,只发生反应①和反应③,平衡时CO和在含碳产物中的物质的量分数及转化率随温度的变化如图所示。③250℃时,反应①的平衡常数
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