1 . 捕集并转化CO2可以有效实现碳达峰、碳中和。
Ⅰ.工业上利用两种温室气体CH4和CO2催化重整制取H2和CO,主要反应为:
反应①:
过程中还发生三个副反应:
反应②:
反应③:
反应④: △H4
将CH4与CO2(体积比为1∶1)的混合气体以一定流速通过催化剂,产物中H2与CO的物质的量之比、CO2的转化率与温度的关系如图所示:
(1)△H4=___________ kJ·mol-1。
(2)500℃时,比较小,此时发生的副反应以___________ (选填②、③、④中一种)为主。升高温度,产物中H2与CO的物质的量之比增大的原因是___________ 。
Ⅱ.光催化CH4和CO2生成CO和H2催化反应机理如图所示:
(3)上述反应机理中表现出氧化性的粒子有___________ 。
Ⅲ.用光电化学法将CO2还原为有机物实现碳资源的再生利用,其装置如左图所示,其他条件一定时,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(FE%)随电解电压的变化如右图所示:
,其中,Qx=nF,n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。
(4)当电解电压为u1V时,阴极生成HCHO的电极反应式为___________ 。
(5)当电解电压为u2V时,电解生成的HCOOH和HCHO的物质的量之比为5:6,生成HCHO的法拉第效率m为___________ 。
Ⅰ.工业上利用两种温室气体CH4和CO2催化重整制取H2和CO,主要反应为:
反应①:
过程中还发生三个副反应:
反应②:
反应③:
反应④: △H4
将CH4与CO2(体积比为1∶1)的混合气体以一定流速通过催化剂,产物中H2与CO的物质的量之比、CO2的转化率与温度的关系如图所示:
(1)△H4=
(2)500℃时,比较小,此时发生的副反应以
Ⅱ.光催化CH4和CO2生成CO和H2催化反应机理如图所示:
(3)上述反应机理中表现出氧化性的粒子有
Ⅲ.用光电化学法将CO2还原为有机物实现碳资源的再生利用,其装置如左图所示,其他条件一定时,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(FE%)随电解电压的变化如右图所示:
,其中,Qx=nF,n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。
(4)当电解电压为u1V时,阴极生成HCHO的电极反应式为
(5)当电解电压为u2V时,电解生成的HCOOH和HCHO的物质的量之比为5:6,生成HCHO的法拉第效率m为
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解题方法
2 . 丙烷经催化脱氢可制丙烯:。600℃,将一定浓度的与固定浓度的通过含催化剂的恒容反应器,经相同时间,流出的、和浓度随初始浓度的变化关系如图。
已知:①
②
③
下列说法不正确的是
已知:①
②
③
下列说法不正确的是
A. |
B.的原因: |
C.其他条件不变,越大,转化率越小 |
D.若体系只有、、和生成,则初始物质浓度与流出物质浓度之间一定存在: |
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解题方法
3 . 利用和重整技术可获得合成气(主要成分为、),重整过程中部分反应的热化学方程式:
反应Ⅰ:
反应Ⅱ:
反应Ⅲ:
相同时间内,不同配比随温度变化对出口合成气中的影响如图所示。
下列说法正确的是
反应Ⅰ:
反应Ⅱ:
反应Ⅲ:
相同时间内,不同配比随温度变化对出口合成气中的影响如图所示。
下列说法正确的是
A. |
B.时,点的大于点的是反应Ⅱ导致的 |
C.使用合适的催化剂可以提高合成气的平衡产率 |
D.当时,温度高于后减小是由于反应Ⅲ平衡逆向移动 |
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解题方法
4 . 尿素 是常用的化肥与工业原料,其生产与应用有着重要的意义。
(1)尿素生产一般控制在 下进行,主要涉及下列反应:
反应1
反应2
反应 的___________ 。
(2)具有强还原性,生产尿素过程中,常通入适量氧气防止镍制容器表面的金属钝化膜被破坏。
①与反应产生的化学方程式为___________ 。
②生产时通入的气体中常混有少量。有氧气存在的条件下,腐蚀反应容器的速率会更快,其原因是___________ 。
(3)尿素在结晶过程中主要副反应是尿素发生脱氨反应。其反应历程如下:
反应3 CO(NH2)2(l)=HNCO(g)+NH3(g) (快反应)
反应4 HNCO(g)+CO(NH2)2(l)=(H2NCO)2NH(l)(缩二脲) (慢反应)
①在缩二脲的结构式()中圈出电子云密度最小的氢原子___________ 。
②在尿素结晶过程中,反应3可视为处于平衡状态。实验表明,在合成尿素的体系中,的浓度越高,缩二脲生成速率越慢,其原因是___________ 。
(4)含结晶水的晶体表面存在结构“”,用加热后的 晶体作催化剂,以为原料,电解溶液可获得尿素。
①生成尿素的电极方程式为___________ 。
②加热后的晶体表面会产生位点,位点与位点共同形成 位点,其催化机理(部分)如图所示。实验表明,在下加热 晶体得到的催化剂催化效果最好,温度过高或过低催化效果会降低的原因是___________ 。
③电解质溶液中若存在极大地降低催化剂的活性,原因是___________ 。
(1)尿素生产一般控制在 下进行,主要涉及下列反应:
反应1
反应2
反应 的
(2)具有强还原性,生产尿素过程中,常通入适量氧气防止镍制容器表面的金属钝化膜被破坏。
①与反应产生的化学方程式为
②生产时通入的气体中常混有少量。有氧气存在的条件下,腐蚀反应容器的速率会更快,其原因是
(3)尿素在结晶过程中主要副反应是尿素发生脱氨反应。其反应历程如下:
反应3 CO(NH2)2(l)=HNCO(g)+NH3(g) (快反应)
反应4 HNCO(g)+CO(NH2)2(l)=(H2NCO)2NH(l)(缩二脲) (慢反应)
①在缩二脲的结构式()中圈出电子云密度最小的氢原子
②在尿素结晶过程中,反应3可视为处于平衡状态。实验表明,在合成尿素的体系中,的浓度越高,缩二脲生成速率越慢,其原因是
(4)含结晶水的晶体表面存在结构“”,用加热后的 晶体作催化剂,以为原料,电解溶液可获得尿素。
①生成尿素的电极方程式为
②加热后的晶体表面会产生位点,位点与位点共同形成 位点,其催化机理(部分)如图所示。实验表明,在下加热 晶体得到的催化剂催化效果最好,温度过高或过低催化效果会降低的原因是
③电解质溶液中若存在极大地降低催化剂的活性,原因是
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5 . 、是重要污染物,处理、等污染物对建设美丽中国具有重要意义。回答下列问题。
(1)已知还原的反应机理如图1所示:
已知:
则与反应的热化学方程式为___________ 。
(2)研发二氧化碳利用技术,降低空气中二氧化碳含量成为研究热点。雨水中含有来自大气中的,溶于水的只有部分转化为。已知时, ,正反应的速率可表示为,逆反应的速率可表示,则___________ (用含的代数式表示)。
(3)电解法转化是实现可再生能源有效利用的关键手段之一,其装置原理如图2所示。
①为电源的___________ (填“正极”或“负极”),该装置的阴极的电极反应式为___________ 。
②若电解开始前两极室溶液质量相等,当电解过程转移了电子,则阴阳极室溶液质量差为___________ 。
(4)近年来,低温等离子技术是在高压放电下,产生自由基,自由基将氧化为后,再用溶液吸收,达到消除的目的。实验室将模拟气(、、)以一定流速通入低温等离子体装置,实验装置如图3所示。
已知: 。
①等离子体技术在低温条件下可提高的转化率,原因是___________ 。
②其他条件相同,等离子体的电功率与的转化率关系如图4所示,当电功率大于时,转化率下降的原因可能是___________ 。
(1)已知还原的反应机理如图1所示:
已知:
则与反应的热化学方程式为
(2)研发二氧化碳利用技术,降低空气中二氧化碳含量成为研究热点。雨水中含有来自大气中的,溶于水的只有部分转化为。已知时, ,正反应的速率可表示为,逆反应的速率可表示,则
(3)电解法转化是实现可再生能源有效利用的关键手段之一,其装置原理如图2所示。
①为电源的
②若电解开始前两极室溶液质量相等,当电解过程转移了电子,则阴阳极室溶液质量差为
(4)近年来,低温等离子技术是在高压放电下,产生自由基,自由基将氧化为后,再用溶液吸收,达到消除的目的。实验室将模拟气(、、)以一定流速通入低温等离子体装置,实验装置如图3所示。
已知: 。
①等离子体技术在低温条件下可提高的转化率,原因是
②其他条件相同,等离子体的电功率与的转化率关系如图4所示,当电功率大于时,转化率下降的原因可能是
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6 . 环氧乙烷(,简称EO)是一种重要的工业原料和消毒剂。工业上用乙烯制备EO。
(1)一定条件下,乙烯与氧气反应生成环氧乙烷(EO)和乙醛(AA)的过程中部分物料与能量变化如图所示。
①中间体OMC生成吸附态EO(ads)的活化能为_______ kJ/mol。
②由EO(g)生成AA(g)的热化学方程式为_______ 。
(2)一定条件下,用Ag作催化剂,氧气直接氧化乙烯制环氧乙烷(部分机理未配平)。
主反应:2CH2=CH2(g)+O2(g)=2EO(g) ΔH=-213.8kJ/mol
副反应:C2H4(g)+3O2(g)=2CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-1323kJ/mol
催化机理:O2+Ag(助剂)→ (ads)+Ag+
(ads)+ CH2=CH2+Ag+→EO+ O(ads)+Ag
O(ads)+ CH2=CH2→CO2+H2O
实际生产采用220-260℃的可能原因是________ 。
(3)乙烯电解制备EO的原理示意如图。
阳极室产生Cl2后发生的反应有:Cl2+H2O=HCl+HClO、CH2=CH2+HClO=HOCH2CH2Cl。
法拉第效率FE的定义:FE(B)=×100%
①若FE(EO)=100%,则溶液b的溶质为________ (化学式)。
②一定条件下,反应物按一定流速通过该装置。当乙烯完全消耗时,测得FE(EO)≈70%,S(EO)≈97%。
推测FE(EO)≈70%的原因:若没有生成EO的乙烯全部在阳极放电生成CO2,则生成CO2的电极反应方程式为______ ,FE(CO2)≈____ %。经检验阳极放电产物没有CO2,则S(EO)≈97%的可能原因是______ 。
(1)一定条件下,乙烯与氧气反应生成环氧乙烷(EO)和乙醛(AA)的过程中部分物料与能量变化如图所示。
①中间体OMC生成吸附态EO(ads)的活化能为
②由EO(g)生成AA(g)的热化学方程式为
(2)一定条件下,用Ag作催化剂,氧气直接氧化乙烯制环氧乙烷(部分机理未配平)。
主反应:2CH2=CH2(g)+O2(g)=2EO(g) ΔH=-213.8kJ/mol
副反应:C2H4(g)+3O2(g)=2CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-1323kJ/mol
催化机理:O2+Ag(助剂)→ (ads)+Ag+
(ads)+ CH2=CH2+Ag+→EO+ O(ads)+Ag
O(ads)+ CH2=CH2→CO2+H2O
实际生产采用220-260℃的可能原因是
(3)乙烯电解制备EO的原理示意如图。
阳极室产生Cl2后发生的反应有:Cl2+H2O=HCl+HClO、CH2=CH2+HClO=HOCH2CH2Cl。
法拉第效率FE的定义:FE(B)=×100%
①若FE(EO)=100%,则溶液b的溶质为
②一定条件下,反应物按一定流速通过该装置。当乙烯完全消耗时,测得FE(EO)≈70%,S(EO)≈97%。
推测FE(EO)≈70%的原因:若没有生成EO的乙烯全部在阳极放电生成CO2,则生成CO2的电极反应方程式为
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7 . 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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解题方法
8 . 脱除沼气中的H2S具有重要意义,脱除H2S有多种方法。
(1)受热分解法。将H2S和CH4混合气导入热解器,反应分两步进行。
反应Ⅰ:2H2S(g)=2H2(g)+S2(g) =169.8kJ/mol
反应Ⅱ:CH4(g)+S2(g)=CS2(g)+2H2(g) =63.7kJ/mol
现将硫化氢和甲烷按照2:1体积比投料,并用N2稀释,常压和不同温度下反应,反应相同时间后,H2、S2和CS2体积分数如图所示。①2H2S(g)+CH4(g)=CS2(g)+4H2(g) =___________ 。
②1050℃时,H2的体积分数为___________ 。
③在950℃~1150℃范围内,其他条件不变,随着温度的升高,S2(g)的体积分数先增大而后减小,其原因可能是___________ 。
(2)光电催化法。某光电催化法脱除H2S的原理如图所示。①利用光电催化脱除H2S的过程可描述为___________ 。
②与受热分解法相比,光电催化法的优点是___________ 。
(3)催化重整法。Fe2O3可以用作脱除H2S的催化剂,脱除过程如图所示。①Fe2O3脱除H2S时需先进行吸附。利用如图乙进行吸附,比如图甲吸附能力强的原因是___________ 。
②脱除一段时间后,催化剂的活性降低,原因是___________ 。
(1)受热分解法。将H2S和CH4混合气导入热解器,反应分两步进行。
反应Ⅰ:2H2S(g)=2H2(g)+S2(g) =169.8kJ/mol
反应Ⅱ:CH4(g)+S2(g)=CS2(g)+2H2(g) =63.7kJ/mol
现将硫化氢和甲烷按照2:1体积比投料,并用N2稀释,常压和不同温度下反应,反应相同时间后,H2、S2和CS2体积分数如图所示。①2H2S(g)+CH4(g)=CS2(g)+4H2(g) =
②1050℃时,H2的体积分数为
③在950℃~1150℃范围内,其他条件不变,随着温度的升高,S2(g)的体积分数先增大而后减小,其原因可能是
(2)光电催化法。某光电催化法脱除H2S的原理如图所示。①利用光电催化脱除H2S的过程可描述为
②与受热分解法相比,光电催化法的优点是
(3)催化重整法。Fe2O3可以用作脱除H2S的催化剂,脱除过程如图所示。①Fe2O3脱除H2S时需先进行吸附。利用如图乙进行吸附,比如图甲吸附能力强的原因是
②脱除一段时间后,催化剂的活性降低,原因是
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9 . 我国要在2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和的目标,CO2的捕集与转化是研究的重要课题。
(1)CO2和CH4重整可制合成气CO和H2,其热化学反应方程式为CO2(g)+CH4(g)=2CO(g)+2H2(g) ΔH=+247 kJ·mol-1。
已知下列热化学反应方程式:
反应1:C(s)+2H2(g)=CH4(g) ΔH1
反应2:CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g) ΔH2=-40.0 kJ·mol-1
反应3:C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) ΔH3=+132.0 kJ·mol-1
则ΔH1=___________ kJ·mol-1。
(2)光催化还原法实现CO2甲烷化可能的反应机理如图1所示。该过程可描述为:光照条件下,催化剂TiO2的价带(VB)中的电子激发至导带(CB)中,价带中形成电子空穴(h+),___________ 。
(3)一种电化学法将CO2转化为乙烯的原理如图2所示。
①阴极上的电极反应式为___________ 。
②以铅蓄电池为电源,每生成0.5 mol乙烯,理论上产生O2的物质的量为___________ 。
(1)CO2和CH4重整可制合成气CO和H2,其热化学反应方程式为CO2(g)+CH4(g)=2CO(g)+2H2(g) ΔH=+247 kJ·mol-1。
已知下列热化学反应方程式:
反应1:C(s)+2H2(g)=CH4(g) ΔH1
反应2:CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g) ΔH2=-40.0 kJ·mol-1
反应3:C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) ΔH3=+132.0 kJ·mol-1
则ΔH1=
(2)光催化还原法实现CO2甲烷化可能的反应机理如图1所示。该过程可描述为:光照条件下,催化剂TiO2的价带(VB)中的电子激发至导带(CB)中,价带中形成电子空穴(h+),
(3)一种电化学法将CO2转化为乙烯的原理如图2所示。
①阴极上的电极反应式为
②以铅蓄电池为电源,每生成0.5 mol乙烯,理论上产生O2的物质的量为
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10 . 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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