1 . 我国提出“碳达峰”目标是在2030年前达到最高值,2060年前达到“碳中和”。因此,二氧化碳的综合利用尤为重要。
(1)通过使用不同新型催化剂,实现二氧化碳加氢合成转化为二甲醚()也有广泛的应用。
反应Ⅰ:
反应Ⅱ:
反应Ⅲ:
①结合计算分析反应的自发性:___________ 。
②恒压、投料比的情况下,不同温度下的平衡转化率和产物的选择性(选择性是指生成某物质消耗的占消耗总量的百分比)如下图所示:
当温度超过,的平衡转化率随温度升高而增大的原因是___________ 。
③工业实际设计温度一般在范围内变化,不能过高的原因是___________ 。
(2)研究表明,在电解质水溶液中,气体可被电化学还原。
①在碱性介质中电还原为正丙醇()的电极反应方程式为___________ 。
②在电解质水溶液中,三种不同催化剂(、、)上电还原为的反应进程中(被还原为的反应可同时发生),相对能量变化如图。由此判断,电还原为从易到难的顺序为___________ (用、、字母排序)。
(3)参与的乙苯脱氢机理如图所示(、表示乙苯分子中或原子的位置;、为催化剂的活性位点,其中位点带部分正电荷,、位点带部分负电荷)。
图中所示反应机理中步骤Ⅰ和步骤Ⅱ可描述为___________ 。
(1)通过使用不同新型催化剂,实现二氧化碳加氢合成转化为二甲醚()也有广泛的应用。
反应Ⅰ:
反应Ⅱ:
反应Ⅲ:
①结合计算分析反应的自发性:
②恒压、投料比的情况下,不同温度下的平衡转化率和产物的选择性(选择性是指生成某物质消耗的占消耗总量的百分比)如下图所示:
当温度超过,的平衡转化率随温度升高而增大的原因是
③工业实际设计温度一般在范围内变化,不能过高的原因是
(2)研究表明,在电解质水溶液中,气体可被电化学还原。
①在碱性介质中电还原为正丙醇()的电极反应方程式为
②在电解质水溶液中,三种不同催化剂(、、)上电还原为的反应进程中(被还原为的反应可同时发生),相对能量变化如图。由此判断,电还原为从易到难的顺序为
(3)参与的乙苯脱氢机理如图所示(、表示乙苯分子中或原子的位置;、为催化剂的活性位点,其中位点带部分正电荷,、位点带部分负电荷)。
图中所示反应机理中步骤Ⅰ和步骤Ⅱ可描述为
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2 . 催化剂能催化脱除烟气中的NO,反应为
(1)催化剂___________ 改变ΔH(填“能”或“不能”)
(2)催化剂的制备。将预先制备的一定量的粉末置于80℃的水中,在搅拌下加入一定量的溶液,经蒸发焙烧等工序得到颗粒状催化剂。在水溶液中水解为沉淀的离子方程式为___________ ;
(3)催化剂的应用。将一定物质的量浓度的NO、、(其余为)气体匀速通过装有催化剂的反应器,测得NO的转化率随温度的变化如题图所示。反应温度在50~150℃范围内,NO转化为的转化率迅速上升,原因是:___________
(4)废催化剂的回收。回收催化剂并制备的过程可表示为
①酸浸时,加料完成后,以一定速率搅拌反应。提高钒元素浸出率的方法还有___________ 。
②向pH=8的溶液中加入过量的溶液,生成沉淀。已知,加过量溶液的目的是___________ 。
(5) ΔH___________ (填“>”“<”或“=”)
(1)催化剂
(2)催化剂的制备。将预先制备的一定量的粉末置于80℃的水中,在搅拌下加入一定量的溶液,经蒸发焙烧等工序得到颗粒状催化剂。在水溶液中水解为沉淀的离子方程式为
(3)催化剂的应用。将一定物质的量浓度的NO、、(其余为)气体匀速通过装有催化剂的反应器,测得NO的转化率随温度的变化如题图所示。反应温度在50~150℃范围内,NO转化为的转化率迅速上升,原因是:
(4)废催化剂的回收。回收催化剂并制备的过程可表示为
①酸浸时,加料完成后,以一定速率搅拌反应。提高钒元素浸出率的方法还有
②向pH=8的溶液中加入过量的溶液,生成沉淀。已知,加过量溶液的目的是
(5) ΔH
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3 . 我国力争于2030年前做到碳达峰,2060年前实现碳中和。资源化利用碳氧化合物能有效减少排放,实现自然界中的碳循环。
(1)的捕获是实现资源利用的重要途径。烟气中的捕集可通过如下所示的物质转化实现。
“碳化”的温度不能过高的原因是___________ 。
(2)以为原料合成涉及的主要反应如下:
Ⅰ. (主反应)
Ⅱ. (副反应)
反应Ⅰ的反应历程可分为如下两步:
ⅰ.
ⅱ.
①___________ 。
②相比于提高,提高对反应Ⅰ速率影响更大,原因是___________ 。
③时,向一恒容密闭容器中充入物质的量之比为2∶1的和,反应物转化率与反应温度的关系如图所示。在下的选择性为________ 。
(3)可制甲烷化,可制甲烷化过程中,活化的可能途径如图所示。是活化的优势中间体,可能的原因是___________ 。
(4)和催化合成。主要发生反应为 ,一定温度和压强下,将一定比例和分别通过装有两种不同。催化剂的反应器,反应相同时间,测得转化率随温度变化情况下如图所示。
①高于后,用作催化剂,转化率明显上升,其可能原因是___________
②高于后,用作催化剂,转化率略有下降,可能原因是___________ 。
(1)的捕获是实现资源利用的重要途径。烟气中的捕集可通过如下所示的物质转化实现。
“碳化”的温度不能过高的原因是
(2)以为原料合成涉及的主要反应如下:
Ⅰ. (主反应)
Ⅱ. (副反应)
反应Ⅰ的反应历程可分为如下两步:
ⅰ.
ⅱ.
①
②相比于提高,提高对反应Ⅰ速率影响更大,原因是
③时,向一恒容密闭容器中充入物质的量之比为2∶1的和,反应物转化率与反应温度的关系如图所示。在下的选择性为
(3)可制甲烷化,可制甲烷化过程中,活化的可能途径如图所示。是活化的优势中间体,可能的原因是
(4)和催化合成。主要发生反应为 ,一定温度和压强下,将一定比例和分别通过装有两种不同。催化剂的反应器,反应相同时间,测得转化率随温度变化情况下如图所示。
①高于后,用作催化剂,转化率明显上升,其可能原因是
②高于后,用作催化剂,转化率略有下降,可能原因是
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4 . 空气中含量的控制和资源利用具有重要意义。
(1)燃煤烟气中的捕集可通过如下所示的物质转化实现。
“吸收”后所得的溶液与石灰乳反应的化学方程式为___________ ;载人航天器内,常用固体而很少用固体吸收空气中的,其原因是___________ 。
(2)合成尿素[]是利用的途径之一。尿素合成主要通过下列反应实现
反应Ⅰ:
反应Ⅱ:
①反应的___________ (用字母a、b表示)。
②体系中除发生反应Ⅰ、反应Ⅱ外,还发生尿素水解(产物为和)、尿素缩合(产物为缩二脲[]和)等副反应,尿素生产中实际投入和的物质的量之比为,其实际投料比值远大于理论值的原因是___________ 。
(3)催化电解吸收的溶液可将转化为有机物。在相同条件下,恒定通过电解池的电量,电解得到的部分还原产物的法拉第效率()随电解电压的变化如图所示。
法拉第效率()计算公式:
其中,表示电解生成还原产物X所转移电子的物质的量,F表示法拉第常数。
①当电解电压为时,电解过程中含碳还原产物的为0,阴极主要还原产物为___________ (填化学式)。
②当电解电压为时,阴极由生成的电极反应式为___________ 。
③当电解电压为时,电解生成的和的物质的量之比为___________ 。
(1)燃煤烟气中的捕集可通过如下所示的物质转化实现。
“吸收”后所得的溶液与石灰乳反应的化学方程式为
(2)合成尿素[]是利用的途径之一。尿素合成主要通过下列反应实现
反应Ⅰ:
反应Ⅱ:
①反应的
②体系中除发生反应Ⅰ、反应Ⅱ外,还发生尿素水解(产物为和)、尿素缩合(产物为缩二脲[]和)等副反应,尿素生产中实际投入和的物质的量之比为,其实际投料比值远大于理论值的原因是
(3)催化电解吸收的溶液可将转化为有机物。在相同条件下,恒定通过电解池的电量,电解得到的部分还原产物的法拉第效率()随电解电压的变化如图所示。
法拉第效率()计算公式:
其中,表示电解生成还原产物X所转移电子的物质的量,F表示法拉第常数。
①当电解电压为时,电解过程中含碳还原产物的为0,阴极主要还原产物为
②当电解电压为时,阴极由生成的电极反应式为
③当电解电压为时,电解生成的和的物质的量之比为
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5 . 完成下列问题
(1)汽车燃油不完全燃烧时产生,有人设想按下列反应除去,已知该反应的,简述该设想能否实现的依据:___________ 。
(2)超音速飞机在平流层飞行时,尾气中的会破坏臭氧层。科学家正在研究利用催化技术将尾气中的和转化成和,化学方程式如下:,反应能够自发进行,则反应的___________ (填“>”“<”或“=”)0。
(3)工业上,以煤炭为原料,通入一定比例的空气和水蒸气,经过系列反应可以得到满足不同需求的原料气。在C和的反应体系中:
反应1:
反应2:
反应3:
设,反应1、2和3的y随温度T的变化关系如图所示,图中对应反应3的线条是___________ (填“a”“b”或“c”)。
(4)一氧化碳变换反应:。
①生产过程中,为了提高变换反应的速率,下列措施中合适的是___________ (填字母)。
A.反应温度越高越好 B.适当增大反应物的压强 C.选择合适的催化剂 D.通入一定量的氮气
②以固体催化剂M催化变换反应,若水蒸气分子首先被催化剂的活性表面吸附而解离生成MO,能量-反应过程如图所示:
用两个化学方程式表示该催化反应历程(反应机理):
步骤Ⅰ:___________ 。
步骤Ⅱ:___________ 。
(1)汽车燃油不完全燃烧时产生,有人设想按下列反应除去,已知该反应的,简述该设想能否实现的依据:
(2)超音速飞机在平流层飞行时,尾气中的会破坏臭氧层。科学家正在研究利用催化技术将尾气中的和转化成和,化学方程式如下:,反应能够自发进行,则反应的
(3)工业上,以煤炭为原料,通入一定比例的空气和水蒸气,经过系列反应可以得到满足不同需求的原料气。在C和的反应体系中:
反应1:
反应2:
反应3:
设,反应1、2和3的y随温度T的变化关系如图所示,图中对应反应3的线条是
(4)一氧化碳变换反应:。
①生产过程中,为了提高变换反应的速率,下列措施中合适的是
A.反应温度越高越好 B.适当增大反应物的压强 C.选择合适的催化剂 D.通入一定量的氮气
②以固体催化剂M催化变换反应,若水蒸气分子首先被催化剂的活性表面吸附而解离生成MO,能量-反应过程如图所示:
用两个化学方程式表示该催化反应历程(反应机理):
步骤Ⅰ:
步骤Ⅱ:
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6 . 接触法制备硫酸中的关键步骤是:在催化作用下与空气中在接触室发生可逆反应,其热化学方程式为:。题图表示在有、无催化剂条件下氧化成过程中的能量变化。催化时,该反应机理为:
反应①:
反应②:
下列说法正确的是
反应①:
反应②:
下列说法正确的是
A.催化时,反应②的速率大于反应① |
B. |
C.升高温度,正反应速率增大,逆反应速率减小 |
D.增大压强,反应平衡常数增大 |
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7 . 氮氧化物(NOx)、SO2、CO和CO2等气体会造成环境问题。研究这些气体具有重要意义。
I.已知反应2CO(g)+2NO(g)2CO2(g)+N2(g) ΔH=akJ/mol分三步进行,各步的相对能量变化如图Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ所示(相对能量单位:kJ/mol):
(1)反应Ⅱ逆反应的活化能E2(逆)=___________
(2)反应ⅢN2O(g)+CO2(g)+CO(g)2CO2(g)+N2(g)的ΔH=___________ 。
Ⅱ.一定条件下,NO2与SO2反应生成SO3和NO两种气体:NO2(g)+SO2(g)SO3(g)+NO(g),将体积比为1:2的NO2、SO2气体置于密闭容器中发生上述反应。
(3)下列能说明反应达到平衡状态的是___________
a.混合气体颜色保持不变
b.容器内气体密度不变
c.SO3和NO的体积比为1:1而且保持不变
d.每生成1molSO3的同时消耗1molNO
(4)测得上述反应平衡时NO2与SO2体积比为1:5,则SO2的平衡转化率为___________ ,此条件下平衡常数K=___________ 。
I.已知反应2CO(g)+2NO(g)2CO2(g)+N2(g) ΔH=akJ/mol分三步进行,各步的相对能量变化如图Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ所示(相对能量单位:kJ/mol):
(1)反应Ⅱ逆反应的活化能E2(逆)=
(2)反应ⅢN2O(g)+CO2(g)+CO(g)2CO2(g)+N2(g)的ΔH=
Ⅱ.一定条件下,NO2与SO2反应生成SO3和NO两种气体:NO2(g)+SO2(g)SO3(g)+NO(g),将体积比为1:2的NO2、SO2气体置于密闭容器中发生上述反应。
(3)下列能说明反应达到平衡状态的是
a.混合气体颜色保持不变
b.容器内气体密度不变
c.SO3和NO的体积比为1:1而且保持不变
d.每生成1molSO3的同时消耗1molNO
(4)测得上述反应平衡时NO2与SO2体积比为1:5,则SO2的平衡转化率为
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8 . 我国对世界郑重承诺:2030年前实现碳达峰,2060年前实现碳中和,而研发的碳捕捉和碳利用技术则是关键。
Ⅰ.常温下,以溶液作捕捉剂不仅可以降低碳排放,而且可得到重要的化工产品Na2CO3。
(1)用1L Na2CO3溶液将2.33gBaSO4固体全都转化为BaCO3,再过滤,所用的Na2CO3溶液的物质的量浓度至少为_________ mol/L。[已知:常温下;忽略溶液体积变化]
Ⅱ.重整反应能够有效去除大气中,是实现“碳中和”的重要途径之一,发生的反应如下:
重整反应
积炭反应Ⅰ:
积炭反应Ⅱ:
在恒压、起始投料比条件下,体系中含碳组分平衡时的物质的量随温度变化关系曲线如图所示。
(2)重整反应的反应热_________ 。
(3)曲线C物质的量随温度的升高先升高后降低的原因是_________ 。
Ⅲ.铜基催化剂(M为等)是加氢制甲醇常用的催化剂,部分合成路线如图所示。
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。
(4)请写出中碱位上发生反应的总化学方程式_________ 。
(5)上述加氢制甲醇的反应在催化剂_________ 上吸附发生。
Ⅳ.利用电化学可以讲有限转化为有机物。
(6)多晶是目前唯一被实验证实能高效催化还原为烃类(如)的金属。如图所示,电解装置中分别以多晶和为电极材料,用阴离子交换膜分隔开阴、阳极室,反应前后浓度基本保持不变,温度控制在左右。阴极生成的电极反应式为_________ 。
(7)装置工作时,阴极主要生成,还可能生成副产物降低电解效率。标准状况下,当阳极生成的体积为时,测得阴极区生成,则电解效率_____ 。(忽略电解前后溶液体积的变化)已知:电解效率。
Ⅰ.常温下,以溶液作捕捉剂不仅可以降低碳排放,而且可得到重要的化工产品Na2CO3。
(1)用1L Na2CO3溶液将2.33gBaSO4固体全都转化为BaCO3,再过滤,所用的Na2CO3溶液的物质的量浓度至少为
Ⅱ.重整反应能够有效去除大气中,是实现“碳中和”的重要途径之一,发生的反应如下:
重整反应
积炭反应Ⅰ:
积炭反应Ⅱ:
在恒压、起始投料比条件下,体系中含碳组分平衡时的物质的量随温度变化关系曲线如图所示。
(2)重整反应的反应热
(3)曲线C物质的量随温度的升高先升高后降低的原因是
Ⅲ.铜基催化剂(M为等)是加氢制甲醇常用的催化剂,部分合成路线如图所示。
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。
(4)请写出中碱位上发生反应的总化学方程式
(5)上述加氢制甲醇的反应在催化剂
Ⅳ.利用电化学可以讲有限转化为有机物。
(6)多晶是目前唯一被实验证实能高效催化还原为烃类(如)的金属。如图所示,电解装置中分别以多晶和为电极材料,用阴离子交换膜分隔开阴、阳极室,反应前后浓度基本保持不变,温度控制在左右。阴极生成的电极反应式为
(7)装置工作时,阴极主要生成,还可能生成副产物降低电解效率。标准状况下,当阳极生成的体积为时,测得阴极区生成,则电解效率
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9 . 含氮化合物中,NOx、、等是环境污染物,需要消除其污染;HNO3、NH3等物质又是极其重要的化工原料。
Ⅰ.苯酚(C6H5OH)是一种广泛使用、易氧化的化工产品。一种在650K下用N2O废气催化氧化苯制备苯酚的新方法为:。
(1)已知: △H1=+82.9 kJ⋅mol
△H2=+163.2 kJ⋅mol-1
△H3=-243 kJ⋅mol-1
则 △H=___________ 。
Ⅱ.在金属Pt、Cu和铱(Ir)的催化作用下,密闭容器中的H2可高效转化酸性溶液中的硝态氮(),以达到降低溶液中含氮量、消除污染的目的,其工作原理如图所示。
(2)被H2还原为N2的过程可描述为:液体中H2在导电基体的单原子铂上失去电子生成,电子进入导电基体中进行传导,___________ 。
(3)若导电基体上的Pt颗粒增多,造成的后果是___________ 。
(4)单原子铂催化剂相比于Pt颗粒催化剂,优点有___________ 。
Ⅲ.科研人员发现利用低温固体质子导体作电解质,催化合成NH3,与传统的热催化合成氨相比,催化效率较高。其合成原理如图所示。
(5)P-C3N4是___________ (填电极名称),电极反应式为___________ 。
(6)电源电压改变与生成NH3速率的关系如图所示。其他条件不变时,逐渐增大电压,氨生成速率加快,当电压高于1.2eV时,氨生成速率下降,其可能的原因是__________ 。(用电极反应式表示)
Ⅰ.苯酚(C6H5OH)是一种广泛使用、易氧化的化工产品。一种在650K下用N2O废气催化氧化苯制备苯酚的新方法为:。
(1)已知: △H1=+82.9 kJ⋅mol
△H2=+163.2 kJ⋅mol-1
△H3=-243 kJ⋅mol-1
则 △H=
Ⅱ.在金属Pt、Cu和铱(Ir)的催化作用下,密闭容器中的H2可高效转化酸性溶液中的硝态氮(),以达到降低溶液中含氮量、消除污染的目的,其工作原理如图所示。
(2)被H2还原为N2的过程可描述为:液体中H2在导电基体的单原子铂上失去电子生成,电子进入导电基体中进行传导,
(3)若导电基体上的Pt颗粒增多,造成的后果是
(4)单原子铂催化剂相比于Pt颗粒催化剂,优点有
Ⅲ.科研人员发现利用低温固体质子导体作电解质,催化合成NH3,与传统的热催化合成氨相比,催化效率较高。其合成原理如图所示。
(5)P-C3N4是
(6)电源电压改变与生成NH3速率的关系如图所示。其他条件不变时,逐渐增大电压,氨生成速率加快,当电压高于1.2eV时,氨生成速率下降,其可能的原因是
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10 . 氢气是未来的重要能源,可以通过甲烷电化学分解法、甲烷蒸汽重整法、光解水法等来制备。
(1)甲烷电化学分解法。可能的反应机理如图,该装置中阳极反应式为___________ 。
(2)甲烷蒸汽重整法。该方法是在重整制氢过程中加入纳米CaO作为高温吸附剂,所涉及的主要热化学方程式为:
反应I:
反应Ⅱ:
反应Ⅲ:
①反应I-反应Ⅲ分两个温度段进行,工业生产中采用先高温后低温的原因是___________ 。
②高温下会发生积碳反应:。高温下该反应能自发进行的原因是___________ 。为了防止积碳,实际操作中水蒸气要过量,发生反应:,其___________ 。
③利用为载体的催化剂可以除去中混有的少量CO和NO,催化剂中复合掺杂、CuO后能提升催化活性。实验测得当催化温度超过400℃时,催化剂的催化活性下降,可能原因是___________ 。
(3)光解水法。GeZnNO催化剂光照时会产生电子和具有强氧化性的电子空穴,加入助催化剂有利于电子与的分离,该催化剂光解水可能的反应机理如图所示。产生和的过程可描述为___________ 。
(1)甲烷电化学分解法。可能的反应机理如图,该装置中阳极反应式为
(2)甲烷蒸汽重整法。该方法是在重整制氢过程中加入纳米CaO作为高温吸附剂,所涉及的主要热化学方程式为:
反应I:
反应Ⅱ:
反应Ⅲ:
①反应I-反应Ⅲ分两个温度段进行,工业生产中采用先高温后低温的原因是
②高温下会发生积碳反应:。高温下该反应能自发进行的原因是
③利用为载体的催化剂可以除去中混有的少量CO和NO,催化剂中复合掺杂、CuO后能提升催化活性。实验测得当催化温度超过400℃时,催化剂的催化活性下降,可能原因是
(3)光解水法。GeZnNO催化剂光照时会产生电子和具有强氧化性的电子空穴,加入助催化剂有利于电子与的分离,该催化剂光解水可能的反应机理如图所示。产生和的过程可描述为
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