解题方法
1 . 银及其化合物在催化与电化学等领域中具有重要应用。已知:①在银催化下,乙烯与氧气反应生成乙醛(CH3-CHO)和环氧乙烷()。下图所示是两反应分步进行的历程图:
②乙烯与氧气反应生成乙醛的分步反应方程式为:i:2CH2=CH2(g)+O2(g)⇌2CH2=CH-OH(g) ΔH1
ii:CH2=CH-OH(g) ⇌CH3-CHO(g) ΔH2
③乙烯与氧气反应生成环氧乙烷的分步反应方程式为:
iii:2CH2=CH2(g)+O2(g)2(g) ΔH3
iv:(g)(g) ΔH4
④乙烯与氧气反应生成乙醛(AA)和环氧乙烷(EO)过程中相对能量的变化(1)根据已知条件①,乙烯与氧气反应生成环氧乙烷属于(2)根据已知条件③,乙烯与氧气反应生成环氧乙烷的热化学方程式为:
(3)根据已知条件④,中间体OMC生成吸附态AA(ads)的活化能为
(4)某温度下,在一体积为1L的恒容密闭容器中,充入1.8molCH2=CH2(g)和0.8molO2(g)发生反应:2CH2=CH2(g)+O2(g)⇌2CH3-CHO(g) ΔH,反应进行10min后到达平衡,体系中各气体的体积分数随反应温度的变化如下图所示①该反应的ΔH
②温度为400℃,达到平衡时,化学反应速率v(O2)=
③温度为600℃,该反应的平衡常数Kc=
(5)乙醛燃料电池有广泛的应用前景,其工作原理如图所示①质子交换膜中H+的迁移方向是
②A电极上的电极方程式为:
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2 . 氮氧化物(NOx)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NOx的处理工艺,原理是NOx和NH3在选择性催化剂表面转化为N2和H2O,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: ΔH
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O2 B.恒压时通入一定量的Ar
C.移去部分H2O(g) 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CH4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Kp=___________ (以分压表示,分压=总压×物质的量分数,保留两位有效数字)。
(3)催化电解NO吸收液可将NO还原为NH3,其催化机理如图3所示,在相同条件下,恒定通过电解池的电量,电解得到部分还原产物的法拉第效率(FE%)随电解电压的变化如图4所示。已知表示电解生还原产物X所转移电子的物质的量,F表示法拉第常数;Q总表示电解过程中通过的总电量。①当电解电压为U2时,催化电解NO生成NH3的电极反应式为___________ 。
②当电解电压为U1时,电解生成的H2和NH3的物质的量之比为___________ 。
(1)SCR法主要是针对柴油发动机产生的NOx的处理工艺,原理是NOx和NH3在选择性催化剂表面转化为N2和H2O,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: ΔH
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O2 B.恒压时通入一定量的Ar
C.移去部分H2O(g) 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CH4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)催化电解NO吸收液可将NO还原为NH3,其催化机理如图3所示,在相同条件下,恒定通过电解池的电量,电解得到部分还原产物的法拉第效率(FE%)随电解电压的变化如图4所示。已知表示电解生还原产物X所转移电子的物质的量,F表示法拉第常数;Q总表示电解过程中通过的总电量。①当电解电压为U2时,催化电解NO生成NH3的电极反应式为
②当电解电压为U1时,电解生成的H2和NH3的物质的量之比为
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3 . 甲醇是最为常见、应用场景最为广泛的基础化学品之一,甲醇与乙烯、丙烯和氨是用于生产所有其他化学品的四种关键基础化学品。
(1)已知反应I:;
反应Ⅱ:;
则反应Ⅲ:___________ ;
(2)常温常压下利用催化剂实现二氧化碳加氢制甲醇的反应历程和能量变化图如下(其中吸附在催化剂表面上的粒子用*标注)转化历程中决速步骤的反应方程式为___________ 。
(3)在恒容密闭容器中充入和。发生反应I和Ⅱ,测得平衡时的转化率、和的选择性随温度变化如下图所示。①表示选择性的曲线是___________ 。(填字母)
②时,反应I的平衡常数为___________ (保留2位有效数字)。
③过程中,转化率变化的原因是___________ 。
(4)工业上用甲醇燃料电池采用电解法处理含和的碱性废水,将转化为无污染的物质,其原理如下图所示。①电解废水时,电极与石墨电极___________ 相连(填“M”或“N”)
②甲醇燃料电池工作时,电极的电极反应式为___________
③消耗标准状况下,理论上可处理含___________ 的废水。
(1)已知反应I:;
反应Ⅱ:;
则反应Ⅲ:
(2)常温常压下利用催化剂实现二氧化碳加氢制甲醇的反应历程和能量变化图如下(其中吸附在催化剂表面上的粒子用*标注)转化历程中决速步骤的反应方程式为
(3)在恒容密闭容器中充入和。发生反应I和Ⅱ,测得平衡时的转化率、和的选择性随温度变化如下图所示。①表示选择性的曲线是
②时,反应I的平衡常数为
③过程中,转化率变化的原因是
(4)工业上用甲醇燃料电池采用电解法处理含和的碱性废水,将转化为无污染的物质,其原理如下图所示。①电解废水时,电极与石墨电极
②甲醇燃料电池工作时,电极的电极反应式为
③消耗标准状况下,理论上可处理含
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4 . 、CO、等都是重要的能源,也是重要的化工原料。
(1)25℃,101kPa时,完全燃烧生成二氧化碳气体和液态水放出445.1kJ热量。写出该反应的热化学反应方程式:___________ 。
(2)水煤气中的CO和在高温下反应可生成甲烷。在体积为2L的恒容密闭容器中,充入1molCO和,一定温度下发生反应:。测得CO和的转化率随时间变化如图所示:①从反应开始到6min,CO的平均反应速率___________ ,6min时,的转化率为___________ 。
②下列叙述中能说明上述反应达到化学平衡状态的是___________ (填字母)。
a.容器中混合气体的密度保持不变 b.容器中混合气体的总压强保持不变
c.容器中 d.单位时间内每消耗1molCO,同时生成
e.容器中混合气体的平均相对分子质量保持不变
(3)甲烷燃料电池装置如图,通入氧气的电极为电池的___________ (填“正极”或“负极”)。通入一端电极反应方程式为:___________ 。
(1)25℃,101kPa时,完全燃烧生成二氧化碳气体和液态水放出445.1kJ热量。写出该反应的热化学反应方程式:
(2)水煤气中的CO和在高温下反应可生成甲烷。在体积为2L的恒容密闭容器中,充入1molCO和,一定温度下发生反应:。测得CO和的转化率随时间变化如图所示:①从反应开始到6min,CO的平均反应速率
②下列叙述中能说明上述反应达到化学平衡状态的是
a.容器中混合气体的密度保持不变 b.容器中混合气体的总压强保持不变
c.容器中 d.单位时间内每消耗1molCO,同时生成
e.容器中混合气体的平均相对分子质量保持不变
(3)甲烷燃料电池装置如图,通入氧气的电极为电池的
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5 . 氮氧化物是常见的大气污染物,目前气态含氮化合物及相关转化成为科学家研究的热门问题。
Ⅰ.还原法。反应原理为:。该反应的能量变化过程如下图:(1)______ (用图中字母a、b、c、d表示)。该反应在______ (填“高温”、“低温”或“任意温度”)条件下有利于自发进行。
Ⅱ.氧化法。其原理为 。在T℃、条件下,向一恒压密闭容器中按物质的量之比为2:1通入和的混合气体,体系中气体的含量与时间变化关系如图所示。(2)反应达到平衡,则0~20min内的平约反应速率______ ,该反应的平衡常数______ [对于反应为平衡物质的量分数]。
(3)若起始条件相同,在恒容密闭容器中发生上述反应,则达到平衡时NO的含量符合上图中______ 点(填“a”、“b”、“c”或“d”)。
Ⅲ.配合物吸收法。其原理如下:已知:对的配合能力很强,而对的配合能力极低。
(4)与反应的和与反应的物质的量之比为______ 。
(5)钴氨溶液经过多次循环吸收NO后,其吸收NO的能力会降低,为了恢复钴氨溶液吸收NO的能力,需采取的方法是______ 。
Ⅳ.电解处理法。其原理为用6%的稀硝酸吸收生成亚硝酸,再将吸收液导入电解槽中进行电解,使之转化为硝酸。电解装置如右图所示。(6)阳极的电极反应式为______ 。
Ⅰ.还原法。反应原理为:。该反应的能量变化过程如下图:(1)
Ⅱ.氧化法。其原理为 。在T℃、条件下,向一恒压密闭容器中按物质的量之比为2:1通入和的混合气体,体系中气体的含量与时间变化关系如图所示。(2)反应达到平衡,则0~20min内的平约反应速率
(3)若起始条件相同,在恒容密闭容器中发生上述反应,则达到平衡时NO的含量符合上图中
Ⅲ.配合物吸收法。其原理如下:已知:对的配合能力很强,而对的配合能力极低。
(4)与反应的和与反应的物质的量之比为
(5)钴氨溶液经过多次循环吸收NO后,其吸收NO的能力会降低,为了恢复钴氨溶液吸收NO的能力,需采取的方法是
Ⅳ.电解处理法。其原理为用6%的稀硝酸吸收生成亚硝酸,再将吸收液导入电解槽中进行电解,使之转化为硝酸。电解装置如右图所示。(6)阳极的电极反应式为
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6 . 煤气中主要的含硫杂质有以及COS(有机硫),煤气燃烧后含硫杂质会转化成从而引起大气污染,因此煤气中的脱出程度已成为煤气洁净度的一个重要指标。请回答下列问题:
(1)脱除煤气中CoS的方法有的KOH溶液氧化法,还原法、水解法等。已知:、COS、、CO的燃烧热依次为285kJ/mol,299kJ/mol,586kJ/mol、283kJ/mol;还原COS发生的反应为,该反应的___________ 。
(2)较普遍采用的处理方法是克劳斯工艺即高温热分解,原理为:。在1470K、l00kPa反应条件下,将的混合气进行热分解反应。平衡时混合气中与的分压相等,平衡转化率为___________ ,平衡常___________ 。
(3)在1373K、100kPa反应条件下,对于分别为4:1、1:1、1:4、1:9、1:19的混合气,热分解反应过程中转化率随时间的变化如图所示。①越大,平衡转化率___________ ,理由是___________ 。
②对应图中曲线___________ ,计算其在0-0.1s之间,分压的平均变化率为___________ 。
(4)我国科研团队近期开发了一种新型铠甲催化剂石墨烯,可以高效去除合成气中的杂质并耦合产氢,其工作原理如图所示。写出阳极的电极反应式为___________ 。
(1)脱除煤气中CoS的方法有的KOH溶液氧化法,还原法、水解法等。已知:、COS、、CO的燃烧热依次为285kJ/mol,299kJ/mol,586kJ/mol、283kJ/mol;还原COS发生的反应为,该反应的
(2)较普遍采用的处理方法是克劳斯工艺即高温热分解,原理为:。在1470K、l00kPa反应条件下,将的混合气进行热分解反应。平衡时混合气中与的分压相等,平衡转化率为
(3)在1373K、100kPa反应条件下,对于分别为4:1、1:1、1:4、1:9、1:19的混合气,热分解反应过程中转化率随时间的变化如图所示。①越大,平衡转化率
②对应图中曲线
(4)我国科研团队近期开发了一种新型铠甲催化剂石墨烯,可以高效去除合成气中的杂质并耦合产氢,其工作原理如图所示。写出阳极的电极反应式为
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7 . 从衣食住行到探索浩瀚宇宙,都有氮及其化合物的参与,但同时有毒含氮化合物的排放,也对环境产生污染。如何实现环境保护与资源利用的和谐统一,已成为我们的重要研究课题。回答下列问题:
(1)在25℃,101 kPa时,利用NH3的还原性可以消除氮氧化物的污染,其中除去NO的主要反应如下:
ⅰ.
ⅱ.
ⅲ.
根据信息,写出NO(g)与NH3(g)反应生成N2(g)和H2O(l)的热化学方程式:__________ ;该反应自发进行的条件是__________ (填“高温”或“低温”)。
(2)活性炭还原法是消除氮氧化物污染的有效方法。在三个反应器中分别加入C、CaO/C、La2O3/C,通入NO使其浓度达到0.1 mol/L,不同温度下,测得反应2小时NO去除率如图所示:①据图分析,温度在500℃以内,三种情况下反应的活化能最小的是__________ (填“C”“ CaO/C”或“La2O3/C”),该情况下,A点__________ (填“是”或“不是”)平衡点。
②400℃时,CaO/C催化下反应速率v(NO)=__________ mol/(L·h)。
(3)臭氧脱硝存在如下两个反应:
a.;
b.。
T℃时,将2 mol NO2和1 mol O3混合气体充入一个1 L恒容密闭容器中发生上述反应,测得NO2的物质的量浓度随时间变化关系如下表:
若起始压强为p0,T℃下反应达到平衡时,N2O4的分压与N2O5的分压相等,则O3的体积分数=__________ (保留两位有效数字),反应b平衡常数Kp=__________ (用含p0式子表示,Kp为用平衡分压表示的平衡常数,即用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)。
(4)工业上还可以利用原电池原理处理氮氧化合物,工作原理如图所示,则正极的电极反应式为__________ 。
(1)在25℃,101 kPa时,利用NH3的还原性可以消除氮氧化物的污染,其中除去NO的主要反应如下:
ⅰ.
ⅱ.
ⅲ.
根据信息,写出NO(g)与NH3(g)反应生成N2(g)和H2O(l)的热化学方程式:
(2)活性炭还原法是消除氮氧化物污染的有效方法。在三个反应器中分别加入C、CaO/C、La2O3/C,通入NO使其浓度达到0.1 mol/L,不同温度下,测得反应2小时NO去除率如图所示:①据图分析,温度在500℃以内,三种情况下反应的活化能最小的是
②400℃时,CaO/C催化下反应速率v(NO)=
(3)臭氧脱硝存在如下两个反应:
a.;
b.。
T℃时,将2 mol NO2和1 mol O3混合气体充入一个1 L恒容密闭容器中发生上述反应,测得NO2的物质的量浓度随时间变化关系如下表:
t/h | 0 | 2 | 4 | 6 | 8 | 10 | 12 |
c(NO2)/(mol/L) | 2.0 | 1.4 | 1.0 | 0.70 | 0.50 | 0.40 | 0.40 |
(4)工业上还可以利用原电池原理处理氮氧化合物,工作原理如图所示,则正极的电极反应式为
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8 . 反应在工业上有重要应用。
(1)已知和的燃烧热分别为,则_______ 。
(2)在恒温恒容的密闭容器中发生反应:,下列能说明该反应达平衡状态的是_______(填字母)。
(3)该反应常在膜反应器中进行,其工作原理如图1所示。①利用平衡移动原理解释反应器存在膜时具有更高转化率的原因是_______ 。
②某温度下,在膜表面上的解离过程存在如下平衡:(*表示吸附在催化剂表面),其正反应的活化能远小于逆反应的活化能。下列说法错误的是_______ (填字母)。
A.Pd膜对气体分子的透过具有选择性
B.过程2的
C.加快膜内原子迁移有利于的解离
D.原子在膜表面上结合为的过程为放热反应
③同温同压下,已知等物质的量的和通入无膜反应器和膜反应器发生反应,无膜反应器中的平衡转化率为,相同时间内膜反应器出口和出口中的物质的量之比为1:8,则使用膜反应器的平衡转化率提高了_______ 。
(4)也可采用电化学方法实现,反应装置如图2所示。a为电源的_______ (填“正极”或“负极”),该电极上的反应为_______ 。
(1)已知和的燃烧热分别为,则
(2)在恒温恒容的密闭容器中发生反应:,下列能说明该反应达平衡状态的是_______(填字母)。
A.容器中混合气体的平均摩尔质量不变 | B.的体积分数保持不变 |
C.体系中压强不变 | D.容器中混合气体的密度不变 |
(3)该反应常在膜反应器中进行,其工作原理如图1所示。①利用平衡移动原理解释反应器存在膜时具有更高转化率的原因是
②某温度下,在膜表面上的解离过程存在如下平衡:(*表示吸附在催化剂表面),其正反应的活化能远小于逆反应的活化能。下列说法错误的是
A.Pd膜对气体分子的透过具有选择性
B.过程2的
C.加快膜内原子迁移有利于的解离
D.原子在膜表面上结合为的过程为放热反应
③同温同压下,已知等物质的量的和通入无膜反应器和膜反应器发生反应,无膜反应器中的平衡转化率为,相同时间内膜反应器出口和出口中的物质的量之比为1:8,则使用膜反应器的平衡转化率提高了
(4)也可采用电化学方法实现,反应装置如图2所示。a为电源的
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9 . 党的二十大报告中强调“实现碳达峰碳中和是一场广泛而深刻的经济社会系统性变革”。的转化和利用是实现碳中和的有效途径。回答下列问题:
Ⅰ.利用合成淀粉的研究成果已经被我国科学家发表在Nature杂志上。其涉及的关键反应如下:
①
②
③
(1)反应③中活化能__________ (填“>”或“<”)。
(2)在催化剂作用下,按的比例向某密闭容器中通入一定量的原料气,只发生①②两个反应。维持压强为3.2MPa,测得不同温度下,反应经过相同时间时的转化率、甲醇的选择性如图所示:已知:甲醇的选择性。
①从图中曲线的变化趋势分析a点之后温度升高,甲醇选择性降低的原因__________ ,在实际工业生产中压强不能过高也不能过低的原因是____________ 。
②时,若反应在催化剂的活性范围内,反应从开始到达到a点所用时间为10min,则的分压=__________ MPa,__________ MPa/min,反应②的__________ (指用平衡分压代替平衡浓度进行计算的平衡常数,A的平衡分压=A的物质的量分数×p总,最终结果用分数表示)。
Ⅱ.近年来,有研究人员用通过电催化生成多种燃料,实现的回收利用,其工作原理如图所示:(3)若阴极产物为,则该电极反应式为____________________ 。
Ⅰ.利用合成淀粉的研究成果已经被我国科学家发表在Nature杂志上。其涉及的关键反应如下:
①
②
③
(1)反应③中活化能
(2)在催化剂作用下,按的比例向某密闭容器中通入一定量的原料气,只发生①②两个反应。维持压强为3.2MPa,测得不同温度下,反应经过相同时间时的转化率、甲醇的选择性如图所示:已知:甲醇的选择性。
①从图中曲线的变化趋势分析a点之后温度升高,甲醇选择性降低的原因
②时,若反应在催化剂的活性范围内,反应从开始到达到a点所用时间为10min,则的分压=
Ⅱ.近年来,有研究人员用通过电催化生成多种燃料,实现的回收利用,其工作原理如图所示:(3)若阴极产物为,则该电极反应式为
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10 . 回收与利用是实现“双碳达标”的重要途径。工业上利用催化还原制备原理:
i.
ii.
(1)反应部分反应历程如图甲所示(已知:;标“*”的为吸附在催化剂上的物质)。根据题示信息,反应历程①~⑥中能垒最大的一步反应式为___________ 。___________ 。
(2)在恒容密闭容器中充入和,加入固体催化剂M,若只发生反应,下列说法正确的是___________(填标号)。
(3)在密闭容器中充入和,发生上述反应和,测得的平衡转化率与压强、、、温度的关系如图乙所示。①表示压强为的曲线是___________ (填“”“”或“”),判断依据是___________ 。温度升高,三条曲线逐渐靠近的主要原因是___________ 。
②W点时,的物质的量为amol,则500℃反应ii的平衡常数为___________ (用含的代数式表示,用平衡分压代替平衡浓度计算的平衡常数为,分压=总压物质的量分数)。
(4)我国科学家开发了高效电催化装置,实现在酸性条件下氢化制备。阴极反应式为___________ 。
i.
ii.
(1)反应部分反应历程如图甲所示(已知:;标“*”的为吸附在催化剂上的物质)。根据题示信息,反应历程①~⑥中能垒最大的一步反应式为
(2)在恒容密闭容器中充入和,加入固体催化剂M,若只发生反应,下列说法正确的是___________(填标号)。
A.达到平衡时放出热量为 | B.体积分数不变时一定达到平衡状态 |
C.增大的质量,的平衡转化率增大 | D.平衡后充入少量,平衡不移动 |
(3)在密闭容器中充入和,发生上述反应和,测得的平衡转化率与压强、、、温度的关系如图乙所示。①表示压强为的曲线是
②W点时,的物质的量为amol,则500℃反应ii的平衡常数为
(4)我国科学家开发了高效电催化装置,实现在酸性条件下氢化制备。阴极反应式为
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