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1 . 甲烷是重要的资源,通过下列过程可实现由甲烷到氢气的转化。(1)500℃时,与重整主要发生下列反应:
已知 。向重整反应体系中加入适量多孔CaO,其优点是________ 。
(2)与重整的主要反应的热化学方程式为
反应Ⅰ:
反应Ⅱ:
反应Ⅲ:
①在与重整体系中通入适量,可减少C(s)的生成,反应3的________ 。
②下,将的混合气体置于密闭容器中,不同温度下重整体系中和的平衡转化率如图1所示。800℃下平衡转化率远大于600℃下平衡转化率,其原因是________ 。________ ,图2所示机理的步骤(i)中,元素Cu、Ce化合价发生的变化为________ 。
②图2所表示的总反应为________ 。
③当催化氧化温度超过150℃时,催化剂的催化活性下降,其可能原因是________ 。
已知 。向重整反应体系中加入适量多孔CaO,其优点是
(2)与重整的主要反应的热化学方程式为
反应Ⅰ:
反应Ⅱ:
反应Ⅲ:
①在与重整体系中通入适量,可减少C(s)的生成,反应3的
②下,将的混合气体置于密闭容器中,不同温度下重整体系中和的平衡转化率如图1所示。800℃下平衡转化率远大于600℃下平衡转化率,其原因是
(3)利用铜-铈氧化物(,Ce是活泼金属)催化氧化可除去中少量CO,催化氧化过程中Cu、Ce的化合价均发生变化,可能机理如图2所示。将的混合气体以一定流速通过装有催化剂的反应器,CO的转化率随温度变化的曲线如图3所示。
①基态Ce原子核外电子排布式为,基态Cu原子核外电子排布式为
②图2所表示的总反应为
③当催化氧化温度超过150℃时,催化剂的催化活性下降,其可能原因是
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解题方法
2 . 乙烯作为现代有机合成的重要原料,研究其制备方法具有重要的意义。
回答下列问题:
I.乙烷制备乙烯
(1)某温度、下,向反应器中充入只发生反应,的平衡转化率为;保持温度和压强不变,向反应器中再充入水蒸气,后达到平衡,此时的平衡转化率为,需要向反应器中充入___________ 水蒸气;用压强变化表示的___________ ;此时该反应的___________ (指用平衡分压代替平衡浓度进行计算的平衡常数,A的平衡分压的物质的量分数)。
(2)为一种选择性交换膜,其结构如图所示,其中第二周期组成元素的第二电离能与第一电离能差值最大的是___________ (填元素符号),结构中1处的键角___________ (填“大于”“小于”或“等于”)2处的键角。II.二氧化碳制备乙烯
在催化剂作用下,二氧化碳可制取乙烯,发生以下反应:
①
②
③
(3)___________ 。
(4)若将和按物质的量之比混合,在恒压反应器中连续反应,测得的转化率与、的选择性随温度变化如图所示。其中表示的转化率曲线是___________ (填“X”“Y”或“Z”,下同),的选择性曲线是___________ ,说明判断依据:___________ 。
回答下列问题:
I.乙烷制备乙烯
(1)某温度、下,向反应器中充入只发生反应,的平衡转化率为;保持温度和压强不变,向反应器中再充入水蒸气,后达到平衡,此时的平衡转化率为,需要向反应器中充入
(2)为一种选择性交换膜,其结构如图所示,其中第二周期组成元素的第二电离能与第一电离能差值最大的是
在催化剂作用下,二氧化碳可制取乙烯,发生以下反应:
①
②
③
(3)
(4)若将和按物质的量之比混合,在恒压反应器中连续反应,测得的转化率与、的选择性随温度变化如图所示。其中表示的转化率曲线是
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3 . 应对雾霾污染、改善空气质量需要从多方面入手,如开发利用清洁能源。甲醇是一种可再生的清洁能源,具有广阔的开发和应用前景。
(1)已知反应:① ;
②。
则③中的_______ (用含的式子表示),_______ (用含的式子表示),该反应中每消耗,此时转移的电子数为_______ 。
(2)一定条件下用和合成。在恒容密闭容器中充入和,在催化剂作用下充分反应,平衡时混合物中的体积分数随温度变化的曲线如图所示:①下列有关反应的说法正确的是_______ (填标号)。
A.该反应的反应物的键能总和小于生成物的键能总和
B.当混合气体的密度不再随时间改变时,该反应达到平衡
C.升高温度,有利于增大的平衡转化率
D.无论反应进行到何种程度,为某一定值
②平衡常数由大到小的顺序为_______ 。
③反应速率:_______ (填“>”“<”或“=”)。
④,b点的平衡常数_______ 。
(1)已知反应:① ;
②。
则③中的
(2)一定条件下用和合成。在恒容密闭容器中充入和,在催化剂作用下充分反应,平衡时混合物中的体积分数随温度变化的曲线如图所示:①下列有关反应的说法正确的是
A.该反应的反应物的键能总和小于生成物的键能总和
B.当混合气体的密度不再随时间改变时,该反应达到平衡
C.升高温度,有利于增大的平衡转化率
D.无论反应进行到何种程度,为某一定值
②平衡常数由大到小的顺序为
③反应速率:
④,b点的平衡常数
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解题方法
4 . 积极发展清洁能源,推动经济社会绿色低碳转型,已经成为国际社会应对全球气候变化的普遍共识。已知:
①某些常见化学键的键能(指常温常压下,气态分子中化学键解离成气态原子所吸收的能量)数据如下:
②;
③在和下,的燃烧热。
(1)氢能是理想的绿色能源。已知。
①断开1molH—〇需要吸收___________ 能量。
②与天然气相比,氢能的优点是___________ (任写1点)。
(2)CH3OH是一种重要的清洁燃料,在和下完全燃烧生成和时,放出热量。
①表示(1)燃烧热的热化学方程式为___________ ,该反应中反应物的总键能___________ (填“大于”“小于”或“等于”)生成物的总键能。
②由催化加氢可制备,则___________ ,若生成气态水,则___________ (填“大于”“小于”或“等于”)该计算值。
(3)在和下,和的混合气体完全燃烧生成和时,放出热量,则该混合气体中的物质的量分数为___________ 。
①某些常见化学键的键能(指常温常压下,气态分子中化学键解离成气态原子所吸收的能量)数据如下:
化学键 | ||
键能 | 436 | 496 |
③在和下,的燃烧热。
(1)氢能是理想的绿色能源。已知。
①断开1molH—〇需要吸收
②与天然气相比,氢能的优点是
(2)CH3OH是一种重要的清洁燃料,在和下完全燃烧生成和时,放出热量。
①表示(1)燃烧热的热化学方程式为
②由催化加氢可制备,则
(3)在和下,和的混合气体完全燃烧生成和时,放出热量,则该混合气体中的物质的量分数为
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5 . 研究含氮化合物对消除环境污染,能源结构的改变,食品添加剂的研究等有重要意义。
(1)甘氨酸锌常用于食品的添加剂,也可代替甘油作烟丝的加香、防冻。一水合甘氨酸锌结构简式如图所示。①在H、N、O、C、Zn元素中,不属于P区元素的有___________ 。
②N、O、C、Zn元素的第一电离能由大到小的顺序为___________ 。
(2)“中国制造2025”是中国政府实施制造强国战略第一个十年行动领。氮化铬在现代工业中发挥了重要作用。
①基态N原子的价层电子排布图为___________ 。
②基态Cr原子的价层电子排布式为___________ 。
(3)NO在空气中存在如下反应:,该反应分两步完成,其反应历程如图所示。决定总反应速率的这一步反应的热化学方程式为___________ 。(4)在汽车上安装三效催化转化器,可使汽车尾气中的主要污染物(CO、、碳氢化合物)进行相互反应,生成无毒物质,减少汽车尾气污染。发生以下反应:
I.
Ⅱ.
若CO的燃烧热为283.5kJ/mol,则反应I的___________ kJ/mol。
(5)室温下,用氨水将转化为,实验测得溶液中,则溶液的pH为___________ 。(已知:的,)
(6)若T℃时,pH=2的醋酸溶液中由水电离出的,将此温度下的HCl溶液与的NaOH溶液混合后pH=3,则___________ 。
(1)甘氨酸锌常用于食品的添加剂,也可代替甘油作烟丝的加香、防冻。一水合甘氨酸锌结构简式如图所示。①在H、N、O、C、Zn元素中,不属于P区元素的有
②N、O、C、Zn元素的第一电离能由大到小的顺序为
(2)“中国制造2025”是中国政府实施制造强国战略第一个十年行动领。氮化铬在现代工业中发挥了重要作用。
①基态N原子的价层电子排布图为
②基态Cr原子的价层电子排布式为
(3)NO在空气中存在如下反应:,该反应分两步完成,其反应历程如图所示。决定总反应速率的这一步反应的热化学方程式为
I.
Ⅱ.
若CO的燃烧热为283.5kJ/mol,则反应I的
(5)室温下,用氨水将转化为,实验测得溶液中,则溶液的pH为
(6)若T℃时,pH=2的醋酸溶液中由水电离出的,将此温度下的HCl溶液与的NaOH溶液混合后pH=3,则
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6 . 随着“碳达峰”、“碳中和”战略的提出,大气中含量的控制和回收利用已成为当今化学研究的主题,其过程包括的富集、的合成气化、的甲醇化、的甲烷化等。回答下列问题:
(1)的富集:含量较高的空气叫富碳空气,捕集其中的可通过如下途径实现。通入富碳空气后,饱和纯碱水变浑浊,其原因是___________ (用文字叙述)。
(2)的合成气化:反应原理为 。已知有关反应的热化学方程式: , 。
①___________ 。
②利于该反应自发进行的条件为___________ (填“高温”“低温”或“任意条件”)。
(3)的甲醇化:利用光解海水产生的将转化为甲醇 ],其转化过程如图1所示。①反应i的能量转化方式为___________ 。
②一定温度下,向体积为的密闭容器中充入和,发生反应后到达平衡,此时。前内,___________ ,该温度下反应的平衡常数___________ (用分数表示)。
③一定温度下,在一个固定体积的密闭容器中仅发生反应ii,下列不能说明反应达到平衡状态的是___________ (填字母)。
A.容器内气体的压强不变
B.容器内混合气体的总物质的量不变
C.和物质的量之比不变
D.单位时间内,每有键断裂,同时有键形成
(4)的甲烷化:科学家利用吸收后的纯碱水溶液,通过电解转化为及及的产率随电解电压变化曲线如图2所示。①电压较高时,转化为的电极反应式为___________ 。
②工业生产上常采用较高电压,其目的为___________ 。
(1)的富集:含量较高的空气叫富碳空气,捕集其中的可通过如下途径实现。通入富碳空气后,饱和纯碱水变浑浊,其原因是
(2)的合成气化:反应原理为 。已知有关反应的热化学方程式: , 。
①
②利于该反应自发进行的条件为
(3)的甲醇化:利用光解海水产生的将转化为甲醇 ],其转化过程如图1所示。①反应i的能量转化方式为
②一定温度下,向体积为的密闭容器中充入和,发生反应后到达平衡,此时。前内,
③一定温度下,在一个固定体积的密闭容器中仅发生反应ii,下列不能说明反应达到平衡状态的是
A.容器内气体的压强不变
B.容器内混合气体的总物质的量不变
C.和物质的量之比不变
D.单位时间内,每有键断裂,同时有键形成
(4)的甲烷化:科学家利用吸收后的纯碱水溶液,通过电解转化为及及的产率随电解电压变化曲线如图2所示。①电压较高时,转化为的电极反应式为
②工业生产上常采用较高电压,其目的为
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解题方法
7 . 硫、氮和磷是生物必须的营养元素,含硫、氮和磷的化合物在自然界中广泛存在。
(1)火山喷发产生H2S在大气中发生如下反应:
①
②
写出H2S(g)完全燃烧的热化学方程式_______ 。
(2)工业上可用NaClO碱性溶液吸收SO2.为了提高吸收效率,常用Ni2O3作为催化剂。反应过程中产生的四价镍和原子氧具有极强的氧化能力,可加快对SO2的吸收。该催化过程的示意图如下图所示。Ca(ClO)2也可用于脱硫,且脱硫效果比NaClO更好,原因是_______ 。(3)氮的氧化物脱除可以利用电化学原理处理,利用下图所示装置可同时吸收SO2和NO。已知:H2S2O4是一种弱酸。_______ ;
②若无能量损失,相同条件下,SO2和NO的体积比为_______ 时,两种气体都能被完全处理。
(4)某含磷废水的主要成分是H3PO3.25℃时,向一定体积的亚磷酸(H3PO3,二元弱酸)溶液中滴加等物质的量浓度的NaOH溶液,混合液中含磷粒子的物质的量分数()与溶液pH的关系如下图所示。①NaH2PO3的pH_______ 7(填“<”或“>”或“=”)。
②Na2HPO3其水解平衡常数_______ (填数值)。
(5)太阳能光电催化——化学耦合分解H2S的装置如图所示。该太阳能光电催化——化学耦合分解H2S的过程可描述为_______ 。
(1)火山喷发产生H2S在大气中发生如下反应:
①
②
写出H2S(g)完全燃烧的热化学方程式
(2)工业上可用NaClO碱性溶液吸收SO2.为了提高吸收效率,常用Ni2O3作为催化剂。反应过程中产生的四价镍和原子氧具有极强的氧化能力,可加快对SO2的吸收。该催化过程的示意图如下图所示。Ca(ClO)2也可用于脱硫,且脱硫效果比NaClO更好,原因是
①阴极的电极反应式为
②若无能量损失,相同条件下,SO2和NO的体积比为
(4)某含磷废水的主要成分是H3PO3.25℃时,向一定体积的亚磷酸(H3PO3,二元弱酸)溶液中滴加等物质的量浓度的NaOH溶液,混合液中含磷粒子的物质的量分数()与溶液pH的关系如下图所示。①NaH2PO3的pH
②Na2HPO3其水解平衡常数
(5)太阳能光电催化——化学耦合分解H2S的装置如图所示。该太阳能光电催化——化学耦合分解H2S的过程可描述为
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解题方法
8 . 在催化剂的作用下,利用合成气(主要成分为CO、和)合成甲醇时涉及了如下反应:
反应Ⅰ.
反应Ⅱ.
反应Ⅲ.
回答下列问题:
(1)=______ 。
某温度下,盛有1mol CO的密闭容器通入发生反应Ⅰ,测得平衡时(g)的体积分数变化如图所示。(2)a、b、c三点中,转化率最大的是_______ (填字母)。
(3)图中,n=______ mol,此时CO的转化率为50%,反应体系总压为pPa,则该温度下反应Ⅰ的平衡常数Kp=____ Pa-2(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)。
一定条件下,某密闭容器中投入1mol和3mol发生反应Ⅱ和Ⅲ。
(4)升高反应体系温度,合成甲醇的反应速率______ (填“增大”“减小”或“不变”)。
(5)加入少量CO,平衡时甲醇的量____ (填“增多”“减少”或“不变”)。
(6)达到平衡后,缩小容器体积,反应Ⅲ的平衡______ (填“正向”“逆向”或“不”)移动。
改变温度和投气比[]发生反应:,测得CO平衡转化率如表所示(其他反应条件相同)。
(7)a、b、c三点对应的反应温度由高到低顺序是_____ 。
研究表明,反应的速率方程为,式中yCO、yH2O、yCO2、yH2分别表示相应的物质的量分数,Kp为平衡常数,k为反应的速率常数,温度升高时k值增大。在气体组成和催化剂一定的情况下,反应速率随温度变化的曲线如图所示。(8)根据速率方程分析,时v逐渐减小的原因是________ 。
反应Ⅰ.
反应Ⅱ.
反应Ⅲ.
回答下列问题:
(1)=
某温度下,盛有1mol CO的密闭容器通入发生反应Ⅰ,测得平衡时(g)的体积分数变化如图所示。(2)a、b、c三点中,转化率最大的是
(3)图中,n=
一定条件下,某密闭容器中投入1mol和3mol发生反应Ⅱ和Ⅲ。
(4)升高反应体系温度,合成甲醇的反应速率
(5)加入少量CO,平衡时甲醇的量
(6)达到平衡后,缩小容器体积,反应Ⅲ的平衡
改变温度和投气比[]发生反应:,测得CO平衡转化率如表所示(其他反应条件相同)。
平衡点 | a | b | c |
0.5 | 0.5 | 1 | |
CO平衡转化率 | 50 | 33.3 | 50 |
(7)a、b、c三点对应的反应温度由高到低顺序是
研究表明,反应的速率方程为,式中yCO、yH2O、yCO2、yH2分别表示相应的物质的量分数,Kp为平衡常数,k为反应的速率常数,温度升高时k值增大。在气体组成和催化剂一定的情况下,反应速率随温度变化的曲线如图所示。(8)根据速率方程分析,时v逐渐减小的原因是
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9 . 将还原转化为有用的化学产品是目前研究的热点之一、回答下列问题:
Ⅰ.用铜铝催化剂可将加氢合成甲醇,已知过程中发生的反应如下:
ⅰ.
ⅱ.
ⅲ.
(1)_____ (用含、的代数式表示),_____ (用含、的代数式表示)。
(2)查阅资料可知,,则_____ (填“低温"“商温”或“任意温度”)条件下有利于反应ⅲ自发进行。
Ⅱ.和以1:3的物质的量之比通入某密闭容器中,仅发生反应,的平衡转化率与温度、气体的总压强的关系如图所示:(3)反应速率:______ (填“>”“<”或“=”)。
(4)平衡常数:____ (填“>”“<”或“=”)。
(5)压强:______ (填“>”“<”或“=”)。
(6)b点时,该反应的平衡常数______ (分压=总压×物质的量分数,用含x、的代数式表示)。
Ⅲ.常温下,CH4和CO2都是比较稳定的分子,科学家利用电化学装置实现两种分子的耦合转化,其原理如图所示:(7)若生成乙烯和乙烷的体积比为6:5,则消耗的和的体积比为______ 。
Ⅰ.用铜铝催化剂可将加氢合成甲醇,已知过程中发生的反应如下:
ⅰ.
ⅱ.
ⅲ.
(1)
(2)查阅资料可知,,则
Ⅱ.和以1:3的物质的量之比通入某密闭容器中,仅发生反应,的平衡转化率与温度、气体的总压强的关系如图所示:(3)反应速率:
(4)平衡常数:
(5)压强:
(6)b点时,该反应的平衡常数
Ⅲ.常温下,CH4和CO2都是比较稳定的分子,科学家利用电化学装置实现两种分子的耦合转化,其原理如图所示:(7)若生成乙烯和乙烷的体积比为6:5,则消耗的和的体积比为
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10 . 我国提出2060年前实现碳中和,为有效降低大气中的含量,以为原料制备甲烷、戊烷、甲醇等能源物质具有较好的发展前景。在固体催化剂表面加氢合成甲烷过程中发生如下反应:
Ⅰ.主反应:
Ⅱ.副反应:
(1)已知:Ⅲ.
Ⅳ.___________ 。
(2)加氢合成甲烷时,通常控制温度为500℃左右,其可能的原因为___________。
(3)500℃时,向1L恒容密闭容器中充入4mol和12mol,初始压强为p,20min时主、副反应都达到平衡状态,测得,体系压强为,则0~20min内___________ ,平衡时选择性=___________ (选择性,计算保留三位有效数字,下同),副反应的___________ 。
(4)以催化加氢合成的甲醇为原料,在催化剂作用下可以制取丙烯,反应的化学方程式为。该反应的Arrhenius经验公式的实验数据如图中曲线a所示,已知Arhenius经验公式,(Ea为活化能,k为速率常数,R和C为常数)。当改变外界条件时,实验数据如图中的曲线b所示,则实验可能改变的外界条件是___________ 。(5)某种新型储氢材料的晶胞如图,八面体中心为M金属离子,顶点均为配体:四面体中心为硼原子,顶点均为氢原子。若其摩尔质量为,则M元素为___________ (填元素符号):在该化合物中,M离子的价电子排布式为___________ 。
Ⅰ.主反应:
Ⅱ.副反应:
(1)已知:Ⅲ.
Ⅳ.
(2)加氢合成甲烷时,通常控制温度为500℃左右,其可能的原因为___________。
A.反应速率快 | B.平衡转化率高 |
C.催化剂活性高 | D.主反应催化剂选择性好 |
(3)500℃时,向1L恒容密闭容器中充入4mol和12mol,初始压强为p,20min时主、副反应都达到平衡状态,测得,体系压强为,则0~20min内
(4)以催化加氢合成的甲醇为原料,在催化剂作用下可以制取丙烯,反应的化学方程式为。该反应的Arrhenius经验公式的实验数据如图中曲线a所示,已知Arhenius经验公式,(Ea为活化能,k为速率常数,R和C为常数)。当改变外界条件时,实验数据如图中的曲线b所示,则实验可能改变的外界条件是
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