1 . 甲醇既可用于基本有机原料,又可作为燃料用于替代矿物燃料。
(1)以下是工业上合成甲醇的反应:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H,下表所列数据是该反应在不同温度下的化学平衡常数(K)
由表中数据判断反应为___________ 热反应(填“吸”或“放”);某温度下,将2molCO和6molH2充入2L的密闭容器中,充分反应,达到平衡后,测得c(CO)=0.2mol/L,则CO的转化率为___________ ,此时的温度为___________ (从表中选择)。
(2)已知在常温常压下:
①2CH3OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(g) △H1kJ/mol
②2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) △H2kJ/mol
③H2O(g)=H2O(l) △H3kJ/mol
则CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2H2O(l) △H=___________ kJ/mol(用△H1、△H2、△H3表示)
(3)现以甲醇燃料电池,采用电解法来处理酸性含铬废水(主要含有)时,实验室利用如图装置模拟该法:N电极的电极反应式为___________ 。
(4)处理废水时,最后Cr3+以Cr(OH)3形式除去,当c(Cr3+)=1×10-5mol·L-1时,Cr3+沉淀完全,此时溶液的pH=___________ 。(已知,Ksp=6.4×10-31,lg2=0.3)
(1)以下是工业上合成甲醇的反应:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H,下表所列数据是该反应在不同温度下的化学平衡常数(K)
温度 | 250℃ | 300℃ | 350℃ |
K | 2.041 | 0.270 | 0.012 |
(2)已知在常温常压下:
①2CH3OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(g) △H1kJ/mol
②2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) △H2kJ/mol
③H2O(g)=H2O(l) △H3kJ/mol
则CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2H2O(l) △H=
(3)现以甲醇燃料电池,采用电解法来处理酸性含铬废水(主要含有)时,实验室利用如图装置模拟该法:N电极的电极反应式为
(4)处理废水时,最后Cr3+以Cr(OH)3形式除去,当c(Cr3+)=1×10-5mol·L-1时,Cr3+沉淀完全,此时溶液的pH=
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解题方法
2 . 以CO2和H2为原料制造更高价值的化学产品是用来缓解温室效应的研究方向。
(1)工业上常用CO2和H2为原料合成甲醇(CH3OH),过程中发生如下两个反应:
反应I:
反应Ⅱ:
①已知几种化学键的键能如下表所示,则a=_____ kJ·mol-1.
②若反应Ⅱ逆反应活化能,则该反应的正反应的活化能_____ kJ·mol-1.
(2)向2L容器中充入1molCO2和2molH2,若只发生反应I,测得反应在不同压强下平衡混合物中甲醇体积分数随温度变化如图1所示,逆反应速率与容器中关系如图2所示:
①图1中P1_____ P2(填“>”、“<”或“=”);
②图2中x点平衡体系时升温,反应重新达平衡状态时新平衡点可能是_____ (填字母序号)。(3)若反应Ⅱ的正、逆反应速率分别可表示为、,k正、k逆分别表示正逆反应速率常数,只与温度有关。则图3中所示的甲、乙、丙、丁四条直线中,表示lgk正随温度T变化关系的直线是_____ ,表示lgk逆随温度T变化关系的直线是_____ 。
(4)已知一定温度下按照起始比,在一密闭容器中进行反应:,保持总压为2.1MPa不变,达到平衡时CO的平衡转化率为50%,则该条件下用平衡体系中各气体分压表示的平衡常数_____ MPa-2(保留2位有效数字)(各气体分压=平衡体系中各气体的体积分数×总压)。
(5) ,在四种不同容器中发生上述反应,若初始温度、压强和反应物用量均相同,则CO2的转化率最高的是_____(填字母)。
(1)工业上常用CO2和H2为原料合成甲醇(CH3OH),过程中发生如下两个反应:
反应I:
反应Ⅱ:
①已知几种化学键的键能如下表所示,则a=
化学键 | C—H | C—O | H—O | H—H | C≡O |
键能/kJ·mol-1 | 406 | 351 | 465 | 436 | a |
(2)向2L容器中充入1molCO2和2molH2,若只发生反应I,测得反应在不同压强下平衡混合物中甲醇体积分数随温度变化如图1所示,逆反应速率与容器中关系如图2所示:
①图1中P1
②图2中x点平衡体系时升温,反应重新达平衡状态时新平衡点可能是
(4)已知一定温度下按照起始比,在一密闭容器中进行反应:,保持总压为2.1MPa不变,达到平衡时CO的平衡转化率为50%,则该条件下用平衡体系中各气体分压表示的平衡常数
(5) ,在四种不同容器中发生上述反应,若初始温度、压强和反应物用量均相同,则CO2的转化率最高的是_____(填字母)。
A.恒温恒容容器 | B.恒容绝热容器 |
C.恒压绝热容器 | D.恒温恒压容器 |
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解题方法
3 . 加氢是对温室气体的有效转化,也是生成再生能源与化工原料重要途径。
(1)由加氢生成的反应为
①若为标准摩尔生成焓,其定义为标准状态下,由稳定相态的单质生成1mol该物质的焓变。则该反应的反应热___________
②若在一定温度下的容积固定的密闭容器中进行该反应,则可以提高平衡转化率的措施有___________ (写出两种)。
③下列说法可以证明该反应已达到平衡状态的是___________ (填字母)。
a. b.的物质的量分数不再改变
c.容器内气体密度不再改变 d.和的浓度之比为1:2
e.混合气的平均摩尔质量不再变化 f.单位时间内生成的同时又消耗
④催化加氢合成过程中,活化的可能途径如有图所示,CO是活化的优势中间体,原因是___________ 。
(2)一定条件下与也可以生成,某温度下在容积为2L的恒容密闭容器中充入和一定量发生反应:。的平衡分压与起始投料比的变化关系如图所示,已知b点对应投料比的起始压强为1.5kPa,则___________ 。b点时,再充入和,使两者分压均增大0.2kPa,则此时平衡___________ (填“正向”、“逆向”或“不”)移动。
(3)一定条件下与还可以生成甲酸,方程式为 。恒定压强为100kPa时,向密闭容器中充入一定量的HCOOH气体,除了能分解成和,还能分解为CO和,反应为: ,则此平衡体系中CO或的选择性和HCOOH的转化率随温度变化曲线如图所示。
提示:CO(或氢气)的选择性
图中随着温度升高,HCOOH的转化率增大,请解释CO的选择性下降可能的原因:___________ ;400°C时的体积分数为___________ 。
(1)由加氢生成的反应为
①若为标准摩尔生成焓,其定义为标准状态下,由稳定相态的单质生成1mol该物质的焓变。则该反应的反应热
物质 | ||||
0 |
③下列说法可以证明该反应已达到平衡状态的是
a. b.的物质的量分数不再改变
c.容器内气体密度不再改变 d.和的浓度之比为1:2
e.混合气的平均摩尔质量不再变化 f.单位时间内生成的同时又消耗
④催化加氢合成过程中,活化的可能途径如有图所示,CO是活化的优势中间体,原因是
(2)一定条件下与也可以生成,某温度下在容积为2L的恒容密闭容器中充入和一定量发生反应:。的平衡分压与起始投料比的变化关系如图所示,已知b点对应投料比的起始压强为1.5kPa,则
(3)一定条件下与还可以生成甲酸,方程式为 。恒定压强为100kPa时,向密闭容器中充入一定量的HCOOH气体,除了能分解成和,还能分解为CO和,反应为: ,则此平衡体系中CO或的选择性和HCOOH的转化率随温度变化曲线如图所示。
提示:CO(或氢气)的选择性
图中随着温度升高,HCOOH的转化率增大,请解释CO的选择性下降可能的原因:
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4 . 磷酸是重要的化学试剂和工业原料。回答下列问题:
(1)已知:25℃时,磷酸和氢氟酸的电离常数如下表所示。
向NaF溶液中滴加少量溶液,反应的离子方程式为___________ 。
(2)已知:
Ⅰ. CaO(s)+H2SO4(l)CaSO4(s)+H2O(l)
Ⅱ.
①工业上用和硫酸反应制备磷酸的热化学方程式为___________ 。
②一定条件下,在密闭容器中只发生反应Ⅱ,达到平衡后缩小容器容积,HF的平衡转化率___________ (填“增大”“减小”“不变”,下同);HF的平衡浓度___________ 。
(3)工业上用磷尾矿制备时生成的副产物CO可用于制备,原理为
①一定温度下,向10L密闭容器中充入0.5molCO和,2min达到平衡时,测得0~2min内用表示的反应速率,则CO的平衡转化率___________ ,该反应的平衡常数K=___________ 。
②在压强不变的密闭容器中发生上述反应,设起始的,CO的平衡体积分数与温度(T)的关系如图所示。
则:该反应的___________ 0(填“>”“<”或“=”,下同),a___________ 1。
(1)已知:25℃时,磷酸和氢氟酸的电离常数如下表所示。
物质 | ||
电离常数 |
(2)已知:
Ⅰ. CaO(s)+H2SO4(l)CaSO4(s)+H2O(l)
Ⅱ.
①工业上用和硫酸反应制备磷酸的热化学方程式为
②一定条件下,在密闭容器中只发生反应Ⅱ,达到平衡后缩小容器容积,HF的平衡转化率
(3)工业上用磷尾矿制备时生成的副产物CO可用于制备,原理为
①一定温度下,向10L密闭容器中充入0.5molCO和,2min达到平衡时,测得0~2min内用表示的反应速率,则CO的平衡转化率
②在压强不变的密闭容器中发生上述反应,设起始的,CO的平衡体积分数与温度(T)的关系如图所示。
则:该反应的
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5 . 目前,大规模和低成本制取氢能实质上都是通过烃重整实现的,该过程主要是甲烷水蒸气重整,包括以下两步气相化学催化反应:
反应Ⅰ: CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) ∆H=+206 kJ·mol-1
反应Ⅱ: CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) ∆H=-41 kJ·mol-1
(1)反应:CH4(g)+2H2O(g)CO2(g)+4H2(g) ∆H=___________
(2)将2molCO和lmolH2O充入某容积不变的绝热密闭容器中,发生反应Ⅱ,下列说法正确的是___________ 。
A.断2个O-H键同时 断2个C=O键,能判断反应Ⅱ达到平衡
B.混合气体的密度保持不变,能判断反应Ⅱ达到平衡
C.混合气体的平均相对分子质量保持不变,能判断反应Ⅱ达到平衡
D.容器内温度不再变化,能判断反应Ⅱ达到平衡
E.反应Ⅱ平衡后,充入氮气,压强增大,平衡不移动
(3)甲烷水蒸气重整得到的CO2与H2,可以催化重整制备CH3OCH3,制备的过程中存在反应:
①2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g) ∆H<0;
②CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ∆H>0。
向密闭容器中以物质的量之比为1:3充入CO2与H2,实验测得CO2的平衡转化率随温度和压强的变化关系如图所示,P1、P2、 P3由大到小的顺序为___________ ;T2°C时主要发生反应___________ 。(填“①”或“②”),CO2平衡转化率随温度变化先降后升的原因为___________ 。
(4)甲烷水蒸气重整得到的CO2和H2, 也可用来制备甲醇,反应方程式CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ∆H<0, 某温度下,将1 mol CO2和1 mol H2充入体积不变的2L密闭容器中,初始总压为8MPa,发生上述反应,测得不同时刻反应后与反应前的压强关系如表:
①用CO2表示前2h的平均反应速率v(CO2)=___________ mol/(L·h)。
②该条件下的分压平衡常数为Kp=___________ (MPa)-2(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)。
反应Ⅰ: CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) ∆H=+206 kJ·mol-1
反应Ⅱ: CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) ∆H=-41 kJ·mol-1
(1)反应:CH4(g)+2H2O(g)CO2(g)+4H2(g) ∆H=
(2)将2molCO和lmolH2O充入某容积不变的绝热密闭容器中,发生反应Ⅱ,下列说法正确的是
A.断2个O-H键同时 断2个C=O键,能判断反应Ⅱ达到平衡
B.混合气体的密度保持不变,能判断反应Ⅱ达到平衡
C.混合气体的平均相对分子质量保持不变,能判断反应Ⅱ达到平衡
D.容器内温度不再变化,能判断反应Ⅱ达到平衡
E.反应Ⅱ平衡后,充入氮气,压强增大,平衡不移动
(3)甲烷水蒸气重整得到的CO2与H2,可以催化重整制备CH3OCH3,制备的过程中存在反应:
①2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g) ∆H<0;
②CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ∆H>0。
向密闭容器中以物质的量之比为1:3充入CO2与H2,实验测得CO2的平衡转化率随温度和压强的变化关系如图所示,P1、P2、 P3由大到小的顺序为
(4)甲烷水蒸气重整得到的CO2和H2, 也可用来制备甲醇,反应方程式CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ∆H<0, 某温度下,将1 mol CO2和1 mol H2充入体积不变的2L密闭容器中,初始总压为8MPa,发生上述反应,测得不同时刻反应后与反应前的压强关系如表:
时间/h | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
0.92 | 0.85 | 0.79 | 0.75 | 0.75 |
②该条件下的分压平衡常数为Kp=
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6 . 党的二十大报告指出,要积极稳妥推进碳达峰、碳中和。二氧化碳的捕集、利用与封存(CCUS)已成为科学家研究的重要课题。
I.工业上用和在一定条件下可以合成乙烯:
已知:①
②
③
(1)__________ (用、、表示)。
(2)恒温恒容下,向密闭容器按投料比通入原料气,能判断该反应处于平衡状态的是_______(填标号)。
(3)向密闭容器按投料比通入原料气(,不同温度对的平衡转化率和催化剂催化效率的影响如图所示,则压强__________ ,原因是:__________ 。
Ⅱ.催化加氢可以直接合成二甲醚。涉及以下主要反应:
①
②
恒压条件下,、起始量相等时,的平衡转化率和的选择性随温度变化如下图所示。
已知:的选择性%
(4)300℃时,通入、各,平衡时的选择性、的平衡转化率均为30%,则此温度下反应①的平衡常数__________ (保留2位有效数字)。
(5)温度高于300℃,的平衡转化率随温度升高而增大的原因可能是__________ 。
Ⅲ.电化学法也可还原二氧化碳制乙烯,原理如下图所示。
(6)该电池的阴极电极反应式为:__________ 。
I.工业上用和在一定条件下可以合成乙烯:
已知:①
②
③
(1)
(2)恒温恒容下,向密闭容器按投料比通入原料气,能判断该反应处于平衡状态的是_______(填标号)。
A. |
B.混合气体的密度保持不变 |
C.混合气体的平均相对分子质量保持不变 |
D.保持不变 |
(3)向密闭容器按投料比通入原料气(,不同温度对的平衡转化率和催化剂催化效率的影响如图所示,则压强
Ⅱ.催化加氢可以直接合成二甲醚。涉及以下主要反应:
①
②
恒压条件下,、起始量相等时,的平衡转化率和的选择性随温度变化如下图所示。
已知:的选择性%
(4)300℃时,通入、各,平衡时的选择性、的平衡转化率均为30%,则此温度下反应①的平衡常数
(5)温度高于300℃,的平衡转化率随温度升高而增大的原因可能是
Ⅲ.电化学法也可还原二氧化碳制乙烯,原理如下图所示。
(6)该电池的阴极电极反应式为:
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7 . 资源化利用,不仅可以减少温室气体的排放,还可以获得燃料或重要的化工产品.回答下列问题.
(1)理论研究表明,在和下,异构化反应过程的能量变化如图所示:计算可得_____________ ,与稳定性较强的是_____________ .(2)豪合离子液体是目前广泛研究的吸附剂.结合下图 分析聚合离子液体吸附的有利条件是_____________ .(3)生产尿素:
工业上以为原料生产尿素,该反应分为二步进行:
第一步:
第二步:
①写出上述合成尿素的热化学方程式_____________ .
②某实验小组模拟工业上合成尿素,在一定体积的密闭容器中投入和,实验测得反应中各组分物质的量随时间的变化如下图所示:已知总反应的快慢由慢的一步反应决定,则合成尿素总反应的快慢由第_____________ 步反应决定,总反应进行到_____________ 时到达平衡.
(4)合成乙酸:
中国科学家首次以和为原料高效合成乙酸,其反应路径如下图所示:根据图示 ,写出总反应的化学方程式_____________ .
(1)理论研究表明,在和下,异构化反应过程的能量变化如图所示:计算可得
工业上以为原料生产尿素,该反应分为二步进行:
第一步:
第二步:
①写出上述合成尿素的热化学方程式
②某实验小组模拟工业上合成尿素,在一定体积的密闭容器中投入和,实验测得反应中各组分物质的量随时间的变化如下图所示:已知总反应的快慢由慢的一步反应决定,则合成尿素总反应的快慢由第
(4)合成乙酸:
中国科学家首次以和为原料高效合成乙酸,其反应路径如下图所示:
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8 . 烟道气中含、、等多种有害气体,合理治理烟道气中具有重要意义。
Ⅰ.烟道气中的氮氧化物与悬浮在大气中海盐粒子的相互作用时,涉及如下反应:
(1)则反应:___________ (用含、的式子表示)。
Ⅱ.利用可将转化为无害的,其反应为:。在容积均为的甲、乙两个恒温(反应温度分别为℃、℃)恒容密闭容器中,分别加入物质的量之比为的和,测得各容器中随反应时间的变化情况如下表所示:
(2)___________ ,该反应的___________ 0。(填“>”或“<”)
(3)时,该反应的平衡常数为___________ ;若再加入和,平衡向___________ (填“正反应方向”、“逆反应方向”或“不”)移动。
Ⅲ.对烟道气中的进行回收再利用具有较高的社会价值和经济价值,涉及到的主要反应是: 。
(4)向三个体积相同的恒容密闭容器中通入和发生反应,反应体系的总压强随时间的变化如图所示。
①实验中,内的平均反应速率为___________ 。
②与实验相比,实验改变的条件可能是___________ 。
③实验中的平衡转化率为___________ 。
(5)其他条件不变时,随着温度的升高,的平衡转化率随温度的变化曲线如图所示,温度高于445℃后平衡转化率升高可能的原因___________ 。(已知硫的沸点约是445℃)
Ⅰ.烟道气中的氮氧化物与悬浮在大气中海盐粒子的相互作用时,涉及如下反应:
(1)则反应:
Ⅱ.利用可将转化为无害的,其反应为:。在容积均为的甲、乙两个恒温(反应温度分别为℃、℃)恒容密闭容器中,分别加入物质的量之比为的和,测得各容器中随反应时间的变化情况如下表所示:
0 | 10 | 20 | 30 | 40 | |
甲(℃) | 2.00 | 1.50 | 1.10 | 0.80 | 0.80 |
乙(℃) | 2.00 | 1.45 | 1.00 | 1.00 | 1.00 |
(2)
(3)时,该反应的平衡常数为
Ⅲ.对烟道气中的进行回收再利用具有较高的社会价值和经济价值,涉及到的主要反应是: 。
(4)向三个体积相同的恒容密闭容器中通入和发生反应,反应体系的总压强随时间的变化如图所示。
①实验中,内的平均反应速率为
②与实验相比,实验改变的条件可能是
③实验中的平衡转化率为
(5)其他条件不变时,随着温度的升高,的平衡转化率随温度的变化曲线如图所示,温度高于445℃后平衡转化率升高可能的原因
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9 . 页岩气中含有、、等气体,是可供开采天然气资源。页岩气的有效利用需要处理其中所含的和。
(1)去除废气中的相关热化学方程式如下:
反应的______
(2)金属硫化物催化反应,既可以除去天然气中的,又可以获得,下列说法正确的是______。
(3)通过电化学循环法可将转化为和(如图所示),其中氧化过程发生如下两步反应:、。
①电极a上发生反应的电极反应式为__________________ 。
②理论上1mol参加反应可产生的物质的量为__________________ 。
(4)我国科学家设计了一种协同转化装置,实现对天然气中和的高效去除,装置如下图所示,电极分别为ZnO@石墨烯(石墨烯包裹的ZnO)和石墨烯。
①Zno@石墨烯是______ 极(填“阳”或“阴”)。
②石墨烯电极区发生反应为:
ⅰ.
ⅱ.__________________ 。
(1)去除废气中的相关热化学方程式如下:
反应的
(2)金属硫化物催化反应,既可以除去天然气中的,又可以获得,下列说法正确的是______。
A.该反应的 |
B.该反应的平衡常数 |
C.题图所示的反应机理中,步骤Ⅰ可理解为中带部分负电荷的S与催化剂中的M之间发生作用 |
D.该反应中每消耗1mol,转移电子的数目约为 |
(3)通过电化学循环法可将转化为和(如图所示),其中氧化过程发生如下两步反应:、。
①电极a上发生反应的电极反应式为
②理论上1mol参加反应可产生的物质的量为
(4)我国科学家设计了一种协同转化装置,实现对天然气中和的高效去除,装置如下图所示,电极分别为ZnO@石墨烯(石墨烯包裹的ZnO)和石墨烯。
①Zno@石墨烯是
②石墨烯电极区发生反应为:
ⅰ.
ⅱ.
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10 . 温室气体让地球“发烧”,倡导低碳生活,是可持续发展的环保责任,将应用于生产中实现其综合利用是目前的研究热点。回答下列问题:
(1)通过使用不同的新型催化剂,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:
则______ 。
(2)一定条件下,的反应历程如图所示。该反应的反应速率由第___________ (填“1”或“2”)步决定。
(3)向恒容密闭容器中充入和,在一定条件下,仅发生上述反应Ⅰ;在甲、乙两种不同催化剂的作用下,反应时间均为时,测得甲醇的物质的量分数随温度的变化如图所示。
①相同温度下,催化剂效果更好的_______ 是(填“甲”或“乙”);下,甲醇的平均反应速率为________ 。
②和下,平衡常数:_________ (填“>”、“<”或“=”)。
③下,反应开始时容器中的总压为,该温度下反应的平衡常数___________ (只列出计算式,不必化简,气体分压=气体总压×气体的物质的量分数)。
(4)已知的选择性为。其他条件相同时,反应温度对的转化率和的选择性的影响如图所示。
①由上左图可知,实验中反应均未达到化学平衡状态的依据是___________ 。
②由上右图可知,温度相同时选择性的实验值略高于其平衡值,从化学反应速率的角度解释其原因是___________ 。
(1)通过使用不同的新型催化剂,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:
则
(2)一定条件下,的反应历程如图所示。该反应的反应速率由第
(3)向恒容密闭容器中充入和,在一定条件下,仅发生上述反应Ⅰ;在甲、乙两种不同催化剂的作用下,反应时间均为时,测得甲醇的物质的量分数随温度的变化如图所示。
①相同温度下,催化剂效果更好的
②和下,平衡常数:
③下,反应开始时容器中的总压为,该温度下反应的平衡常数
(4)已知的选择性为。其他条件相同时,反应温度对的转化率和的选择性的影响如图所示。
①由上左图可知,实验中反应均未达到化学平衡状态的依据是
②由上右图可知,温度相同时选择性的实验值略高于其平衡值,从化学反应速率的角度解释其原因是
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