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解题方法
1 . 2023年杭州亚运会主火炬创新使用了绿色“零碳甲醇”作为燃料,这不仅在亚运史上是第一次,在全球大型体育赛事上也是首次实现了废碳的再生利用。“零碳甲醇”是符合“碳中和”属性的绿色能源。
Ⅰ.直接法制甲醇
我国科研团队研究发现使用双金属氧化物可形成氧空位,具有催化氧化性能,实现加氢制甲醇。该反应机理如图所示。(1)下列说法中正确的是___________。
(2)向恒温恒压密闭容器中充入和发生上述反应(反应Ⅰ)的逆过程,达到平衡时,的转化率为,用摩尔分数表示反应Ⅰ的平衡常数___________ 。(用分数表示,物质i的摩尔分数)
Ⅱ.间接法制甲醇
和通过逆水煤气反应,先合成和再合成甲醇。
反应Ⅱ:
反应Ⅲ:
(3)反应Ⅱ的速率,其中和分别为正、逆反应速率常数。升高温度时___________ (填“增大”“减小”或“不变”)。
(4)在某催化剂下,反应Ⅲ的反应历程如图所示(图中的数据表示的仅为微粒的数目以及各个阶段微粒的相对总能量,*表示吸附在催化剂上)。已知V中有一种吸附在催化剂表面的物质,V可表示为___________ 。(5)保持压强为,向密闭容器中加入和,在恒温下只发生反应Ⅰ和反应Ⅱ。10s后反应达到平衡,此时容器内的物质的量为为。则分压的变化量为___________ (保留三位有效数字)。
(6)甲醇便于运输,是一种具有前景的液体燃料,利用手持技术,通过测定甲醇、乙醇、正丙醇等三种物质在温度传感器尖头处蒸发时的温度变化曲线,根据曲线下降的幅度和速率的快慢,可以比较它们之间的分子间作用力的大小。请判断表示甲醇的曲线是___________ ,理由是___________ 。
Ⅰ.直接法制甲醇
我国科研团队研究发现使用双金属氧化物可形成氧空位,具有催化氧化性能,实现加氢制甲醇。该反应机理如图所示。(1)下列说法中正确的是___________。
A.增大催化剂的比表面积有利于提高平衡转化率 |
B.催化剂表面甲醇及时脱附有利于提高反应速率 |
C.在恒温恒容密闭容器中,通入惰性气体以增加体系压强,有利于提高甲醇的产率 |
D.若断开键同时断开键,则说明反应达到平衡状态 |
(2)向恒温恒压密闭容器中充入和发生上述反应(反应Ⅰ)的逆过程,达到平衡时,的转化率为,用摩尔分数表示反应Ⅰ的平衡常数
Ⅱ.间接法制甲醇
和通过逆水煤气反应,先合成和再合成甲醇。
反应Ⅱ:
反应Ⅲ:
(3)反应Ⅱ的速率,其中和分别为正、逆反应速率常数。升高温度时
(4)在某催化剂下,反应Ⅲ的反应历程如图所示(图中的数据表示的仅为微粒的数目以及各个阶段微粒的相对总能量,*表示吸附在催化剂上)。已知V中有一种吸附在催化剂表面的物质,V可表示为
(6)甲醇便于运输,是一种具有前景的液体燃料,利用手持技术,通过测定甲醇、乙醇、正丙醇等三种物质在温度传感器尖头处蒸发时的温度变化曲线,根据曲线下降的幅度和速率的快慢,可以比较它们之间的分子间作用力的大小。请判断表示甲醇的曲线是
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2 . 利用脱除烟气中的具有重要意义。已知在还原过程中,会发生如下反应:
反应i
反应ii
反应iii
回答下列问题:
(1)已知,和的燃烧热分别为、,则反应i的为___________ 。
(2)下列有利于提高反应i中的平衡转化率的是___________。
(3)一定条件下,该体系达平衡时各气体物质的量随进料比的变化如图1所示。①S的物质的量随进料比增大发生变化的原因是___________ 。
②通入和,达到平衡时,则反应ii的___________ (为物质的量分数,计算结果保留两位小数)。
(4)在刚性容器中,控制反成温度为823K。固定浓度为,进料比分别为、、时的转化率随时间变化如图2所示。①进料比为对应图中曲线___________ 。
②反应从开始到A点时间内的生成速率为___________ 。
(5)在催化剂作用下,还原的部分机理如图3所示(表示S吸附在催化剂表面)。该反应的催化剂为___________ ,历程②的方程式为___________ 。
反应i
反应ii
反应iii
回答下列问题:
(1)已知,和的燃烧热分别为、,则反应i的为
(2)下列有利于提高反应i中的平衡转化率的是___________。
A.恒容时增大浓度 | B.降低温度 |
C.选择合适的催化剂 | D.减小容器的容积 |
(3)一定条件下,该体系达平衡时各气体物质的量随进料比的变化如图1所示。①S的物质的量随进料比增大发生变化的原因是
②通入和,达到平衡时,则反应ii的
(4)在刚性容器中,控制反成温度为823K。固定浓度为,进料比分别为、、时的转化率随时间变化如图2所示。①进料比为对应图中曲线
②反应从开始到A点时间内的生成速率为
(5)在催化剂作用下,还原的部分机理如图3所示(表示S吸附在催化剂表面)。该反应的催化剂为
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3 . I.含碳化合物甲烷、等是重要的化工原料,可生产氢气、甲醇、烯烃等物质。回答下列问题:
(1)一种甲烷催化氧化的反应历程如图所示,“*”表示微粒吸附在催化剂表面。下列叙述错误的是___________(填标号)。
Ⅱ.以氧化铟作催化剂,可实现催化加氢制甲醇。
已知:ⅰ.催化剂活化:(无活性)(有活性);
ⅱ.与在活化的催化剂表面同时发生如下反应:
反应①
反应②
反应③:
(2)反应③中___________ 。
(3)工业上以原料气通过催化剂表面的方法生产甲醇,是造成催化剂失活的重要原因,请用化学方程式表示催化剂失活的原因:___________ 。为了减少催化剂的失活,可以采用的方法是___________ 。
(4)按时只发生反应①,在不同条件下达到平衡,设体系中甲醇的物质的量分数为,在t=250℃条件下的、在条件下的(温度)如图所示。i.图中对应等温过程的曲线是___________ (填“a”或“b”),判断理由是___________ 。
ii.A、B、C、D、E、F中可能表示220℃时的平衡状态的点是___________ 。
(5)将和按物质的量之比1:3混合通入刚性密闭容器中,在催化剂作用下只发生反应①和反应②。230℃时,容器内压强随时间的变化如下表所示:
反应①的速率可表示为(为常数),平衡时,已知在时的转化率为,则反应①的正向反应在时的___________ (用含的式子表示)。
(1)一种甲烷催化氧化的反应历程如图所示,“*”表示微粒吸附在催化剂表面。下列叙述错误的是___________(填标号)。
A.的过程中,放出能量 |
B.产物从催化剂表面脱附的速率慢会降低总反应速率 |
C.适当提高分压会降低的反应速率 |
D.与反应生成均涉及极性键、非极性键的断裂和生成 |
Ⅱ.以氧化铟作催化剂,可实现催化加氢制甲醇。
已知:ⅰ.催化剂活化:(无活性)(有活性);
ⅱ.与在活化的催化剂表面同时发生如下反应:
反应①
反应②
反应③:
(2)反应③中
(3)工业上以原料气通过催化剂表面的方法生产甲醇,是造成催化剂失活的重要原因,请用化学方程式表示催化剂失活的原因:
(4)按时只发生反应①,在不同条件下达到平衡,设体系中甲醇的物质的量分数为,在t=250℃条件下的、在条件下的(温度)如图所示。i.图中对应等温过程的曲线是
ii.A、B、C、D、E、F中可能表示220℃时的平衡状态的点是
(5)将和按物质的量之比1:3混合通入刚性密闭容器中,在催化剂作用下只发生反应①和反应②。230℃时,容器内压强随时间的变化如下表所示:
时间/min | 0 | 20 | 40 | 60 | 80 |
压强/MPa |
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4 . 一氧化碳和氮的氧化物都是大气污染物,如何有效处理它们是科学家长期研究的课题.
(1)CO还原的反应为: .
①研究者发现在气相中催化CO与反应的历程有两步:
第一步:
则第二步的热化学方程式为________________ ;
②在恒温恒容密闭容器中,反应一段时间后,以下能说明反应达到平衡状态的是________ (填字母);
A. B.混合气体的密度保持不变
C.的体积分数保持不变 D.容器的压强保持不变
(2)在密闭容器中发生反应: .一段时间后达到平衡;
①恒温恒压下,再向该容器中注入氩气,NO的平衡转化率煘小,其原因是________ ;
②一定温度下,在恒容密闭容器中,加入和各,反应过程中部分物质的体积分数()随时间(t)的变化如图1所示.曲线b代表的是________ (填化学式)体积分数随时间的变化:内,用表示的平均反应速率为________ ;该温度下的平衡常数为________ ;
①a电极的电极反应式为________________ ;
②电池工作一段时间,反应消耗了标准状况下,理论上负极区溶液增加的质量为________ g。
(1)CO还原的反应为: .
①研究者发现在气相中催化CO与反应的历程有两步:
第一步:
则第二步的热化学方程式为
②在恒温恒容密闭容器中,反应一段时间后,以下能说明反应达到平衡状态的是
A. B.混合气体的密度保持不变
C.的体积分数保持不变 D.容器的压强保持不变
(2)在密闭容器中发生反应: .一段时间后达到平衡;
①恒温恒压下,再向该容器中注入氩气,NO的平衡转化率煘小,其原因是
②一定温度下,在恒容密闭容器中,加入和各,反应过程中部分物质的体积分数()随时间(t)的变化如图1所示.曲线b代表的是
(3)用电化学方法处理NO的装置如图2所示(酸性电解质);
①a电极的电极反应式为
②电池工作一段时间,反应消耗了标准状况下,理论上负极区溶液增加的质量为
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解题方法
5 . 近年,甲醇的制取与应用在全球引发了关于“甲醇经济”的广泛探讨。
.在催化加氢制的反应体系中,发生的主要反应如下:
反应a:
反应b:
反应c:
(1)已知反应b中相关化学键键能数据如下表:
计算:x=___________ ,___________ 。
(2)恒温恒容时,下列能说明反应a一定达到平衡状态的是___________(填标号)。
(3)在催化剂作用下,将物质的量之比为1:2的和的混合气体充入一恒容密闭容器中发生反应a、b,已知反应b的反应速率,,、为速率常数,x为物质的量分数。
①平衡时,转化率为60%,和的物质的量之比为1:1,若反应b的,则平衡___________ 。
②Arrhenius经验公式为,其中为活化能,T为热力学温度,k为速率常数,R和C为常数,则___________ (用含、、T、R的代数式表示)。
(4)其他条件相同时,反应温度对选择性的影响如下图所示。由图可知,温度相同时选择性的实验值略高于其平衡值,可能的原因是___________ 。(已知的选择性).利用甲醇分解制取烯烃,涉及如下反应:
a.
b.
c.
(5)恒压条件下,平衡体系中各物质的量分数随温度变化如图所示。已知650K时,,平衡体系总压强为p,则650K反应c的平衡常数___________ 。
.在催化加氢制的反应体系中,发生的主要反应如下:
反应a:
反应b:
反应c:
(1)已知反应b中相关化学键键能数据如下表:
化学键 | H-H | C=O | C≡O | H-O |
x | 803 | 1076 | 465 |
(2)恒温恒容时,下列能说明反应a一定达到平衡状态的是___________(填标号)。
A. | B. |
C.混合气体的密度不再发生变化 | D.混合气体中的百分含量保持不变 |
(3)在催化剂作用下,将物质的量之比为1:2的和的混合气体充入一恒容密闭容器中发生反应a、b,已知反应b的反应速率,,、为速率常数,x为物质的量分数。
①平衡时,转化率为60%,和的物质的量之比为1:1,若反应b的,则平衡
②Arrhenius经验公式为,其中为活化能,T为热力学温度,k为速率常数,R和C为常数,则
(4)其他条件相同时,反应温度对选择性的影响如下图所示。由图可知,温度相同时选择性的实验值略高于其平衡值,可能的原因是
a.
b.
c.
(5)恒压条件下,平衡体系中各物质的量分数随温度变化如图所示。已知650K时,,平衡体系总压强为p,则650K反应c的平衡常数
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6 . 回收利用合成化工制成品是实现碳中和重要途径之一、利用二氧化碳合成二甲醚(DMC)的主要反应有:
Ⅰ.
Ⅱ.
(1)和为原料制备气态和水蒸气的热化学方程式是_______ 。
(2)对于基元反应,若升高反应温度,平衡常数K_______ (填“增大”、“减小”或“不变”);_______ (填“>”、“<”或“=”)。
已知:阿伦尼乌斯经验公式为,其中:为正、逆反应的活化能,k为正、逆反应速率常数,R和C为常数。某实验小组依据实验数据获得如图曲线。曲线中表示正反应速率的是_______ (填“m”或“n”)。(3)T℃时,向体积为2L的密闭容器中通入、,同时发生上述两个反应,装置中压强p随着时间t变化如下表:
①0~2min,反应Ⅱ的化学反应速率_______ ,若其他条件不变,向该体系中充入,则_______ (填“增大”、“减小”或“不变”)。
②平衡时测得水蒸气分压,反应Ⅱ生成的选择性为_______ (选择性,保留1位小数)。
③计算反应Ⅰ的压强平衡常数_______ (写计算表达式)。
(4)“直接二甲醚()燃料电池”被称为绿色电源,其工作原理如图所示,写出A电极的电极反应式_______ 。
Ⅰ.
Ⅱ.
(1)和为原料制备气态和水蒸气的热化学方程式是
(2)对于基元反应,若升高反应温度,平衡常数K
已知:阿伦尼乌斯经验公式为,其中:为正、逆反应的活化能,k为正、逆反应速率常数,R和C为常数。某实验小组依据实验数据获得如图曲线。曲线中表示正反应速率的是
0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | |
16 | 13.4 | 12.8 | 12.4 | 12.2 | 12 | 12 |
②平衡时测得水蒸气分压,反应Ⅱ生成的选择性为
③计算反应Ⅰ的压强平衡常数
(4)“直接二甲醚()燃料电池”被称为绿色电源,其工作原理如图所示,写出A电极的电极反应式
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解题方法
7 . 金属氧化物催化氧化制备苯甲醛是近年来的研究热点。以为催化剂,苯乙烯、为原料制备苯甲醛涉及的主要反应有:
(1)反应iii的_______ 。
(2)根据阿累尼乌斯方程(A为指前因子,为活化能),与呈线性关系。据图1可知反应i的活化能_______ 反应ⅱ的活化能。(填“>”“=”或“<”)(3)实验测得苯乙烯的转化率与温度的关系如图2所示。温度高于,苯乙烯的转化率下降,可能的原因是_______ 。
(4)的催化反应机理如下图所示:以上转化过程中,属于氧化还原反应的是_______ 。(填序号)
(5)在催化下,甲苯可以实现气相氧化制备苯甲醛。
(8)
时,向密闭容器中充入甲苯蒸气和,起始压强为后反应达平衡时容器内气体总物质的量为,甲苯的转化率为。则甲苯的平均反应速率为_______ ,主反应的_______ (为平衡分压代替平衡浓度的平衡常数,气体平衡分压=总压×该气体物质的量分数,计算结果保留三位有效数字)。
反应i:(l)+2H2O2(l)→(l)+HCHO(l)+2H2O(l)
反应ii:(l)+H2O2(l)→(l)+H2O(l)
反应iii:(l)+H2O2(l)→(l)+HCHO(l)+H2O(l)
回答下列问题:(1)反应iii的
(2)根据阿累尼乌斯方程(A为指前因子,为活化能),与呈线性关系。据图1可知反应i的活化能
(4)的催化反应机理如下图所示:以上转化过程中,属于氧化还原反应的是
(5)在催化下,甲苯可以实现气相氧化制备苯甲醛。
(6)主反应:+O2→+H2O
副反应:2+O2→2
(7)(8)
时,向密闭容器中充入甲苯蒸气和,起始压强为后反应达平衡时容器内气体总物质的量为,甲苯的转化率为。则甲苯的平均反应速率为
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8 . 乙醇因其含氢量高、毒性低、价格低廉且来源广泛,成为理想的液态储氢载体之一。乙醇―水催化重整可获得,其主要反应为:
Ⅰ.
Ⅱ.
回答下列问题:
(1)已知:298K时,相关物质的相对能量如下表:
则a=___________ 。
(2)在恒温恒容条件下,投入1mol和3mol发生反应,下列情况表明该反应达到平衡状态的是___________(填标号)。
(3)科学家研究了Grubbs催化剂作用于乙醇水溶液重整产氢的反应,测得(k为速率常数)与反应温度倒数()的相关关系及线性拟合如图1所示。请分析该反应的k随反应温度T的变化关系:___________ 。(4)在下,时,若仅考虑以上反应Ⅰ和Ⅱ,平衡时和CO的选择性及的产率随温度的变化如图2所示。已知:的选择性
①图中表示产率随温度变化的曲线是___________ (填字母),判断依据是___________ 。
②一定温度下,加入可以提高平衡时的产率,其原因是___________ 。
(5)向一容积为2L的恒容密闭容器中通入2mol和6mol,一定温度下发生反应。若起始时气体的总压为p Pa,20min时达到平衡状态,测得的物质的量分数为12.5%。
①平衡时气体的总压为___________ Pa(用含p的分数表示,需化简)。
②0~20min内,用浓度的变化表示的平均反应速率___________ ;该温度下,上述反应的平衡常数___________ (用含p的分数表示,需化简;用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)。
Ⅰ.
Ⅱ.
回答下列问题:
(1)已知:298K时,相关物质的相对能量如下表:
物质 | |||||
相对能量/() | ―242 | ―393 | 0 | ―110 | a |
(2)在恒温恒容条件下,投入1mol和3mol发生反应,下列情况表明该反应达到平衡状态的是___________(填标号)。
A.混合气体的密度保持不变 | B.混合气体的总压强保持不变 |
C.混合气体的平均摩尔质量保持不变 | D.产物的浓度之比保持不变 |
(3)科学家研究了Grubbs催化剂作用于乙醇水溶液重整产氢的反应,测得(k为速率常数)与反应温度倒数()的相关关系及线性拟合如图1所示。请分析该反应的k随反应温度T的变化关系:
①图中表示产率随温度变化的曲线是
②一定温度下,加入可以提高平衡时的产率,其原因是
(5)向一容积为2L的恒容密闭容器中通入2mol和6mol,一定温度下发生反应。若起始时气体的总压为p Pa,20min时达到平衡状态,测得的物质的量分数为12.5%。
①平衡时气体的总压为
②0~20min内,用浓度的变化表示的平均反应速率
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9 . 某温度时,在2L的密闭容器中,X、Y、Z(均为气体)三种物质的量随时间的变化曲线如图示:(1)由图中所给数据进行分析,该反应的化学方程式为________ 。
(2)若上述反应中X、Y、Z分别为、、,某温度下,在容积恒定为2.0L的密闭容器中充入和,一段时间后反应达平衡状态,实验数据如表所示:
0~50s内的平均反应速率________ 。
(3)已知:键能指在标准状况下,将1mol气态分子AB(g)解离为气态原子A(g)、B(g)所需的能量,用符号E表示,单位为kJ/mol。H-H的键能为436kJ/mol,N-H的键能为391kJ/mol,生成过程中放出46kJ的热量。则N≡N的键能为________ kJ/mol。
(4)CO与反应可制备,由和构成的质子交换膜燃料电池的结构示意图如下。电池总反应为,则c电极是________ (填“正极”或“负极”)。若外电路中转移2mol电子,则上述燃料电池所消耗的在标准状况下的体积为________ L。
(5)下列反应中,属于吸热反应的是________ (填序号)
①物质燃烧 ②炸药爆炸 ③酸碱中和反应 ④二氧化碳通过炽热的碳 ⑤食物因氧化而腐败
⑥与反应 ⑦铁粉与稀盐酸反应
(2)若上述反应中X、Y、Z分别为、、,某温度下,在容积恒定为2.0L的密闭容器中充入和,一段时间后反应达平衡状态,实验数据如表所示:
t/s | 0 | 50 | 150 | 250 | 350 |
0 | 0.36 | 0.48 | 0.50 | 0.50 |
(3)已知:键能指在标准状况下,将1mol气态分子AB(g)解离为气态原子A(g)、B(g)所需的能量,用符号E表示,单位为kJ/mol。H-H的键能为436kJ/mol,N-H的键能为391kJ/mol,生成过程中放出46kJ的热量。则N≡N的键能为
(4)CO与反应可制备,由和构成的质子交换膜燃料电池的结构示意图如下。电池总反应为,则c电极是
(5)下列反应中,属于吸热反应的是
①物质燃烧 ②炸药爆炸 ③酸碱中和反应 ④二氧化碳通过炽热的碳 ⑤食物因氧化而腐败
⑥与反应 ⑦铁粉与稀盐酸反应
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10 . 酯化反应可用通式表示为。在酸性条件下,,。假设整个过程中无环酯生成,不出现分层现象。
将投入反应容器中,发生如下反应:
二聚:
n聚:
聚:以上反应中每一步的速率常数近似认为相同,记平衡常数。
Ⅰ.反应平衡体系分析
(1)按系统命名法命名为______ 。
(2)定义反应程度,其中为时刻t时反应体系中-OH或者-COOH的数目,为初始反应体系中-OH或-COOH的数目。若,则______ 。
(3)最终产物中存在多种聚合度的缩聚产物,平均聚合度与平衡常数K的关系______ 。
(4)为了使平均聚合度增大,下列方法可行的是______ (填标号)。
A.及时移去 B.升高温度()
C.提高浓度 D.提高浓度
E.先将单体预聚合成低聚物,然后将低聚物进一步聚合
Ⅱ.在实际生产过程中,通常会将反应生成的水及时移去。
(5)加入少量催化与不加入催化两种情况下,初始阶段酯基的生成速率v与c(-COOH)的理论关系如图[图示为与的关系]。
a、b两条曲线的理论斜率之比更接近______ 。A. B. C. D.
当温度升高时,b线斜率将______ (填“变大”、“变小”或“不变”)。
(6)加入少量催化时,实验测得反应过程中平均聚合度与反应时间t的关系为:,其中为反应初始时浓度,k为常数。0~t时,酯基生成的平均速率______ (用k、、t表示,忽略移去水对溶液体积的影响)。
将投入反应容器中,发生如下反应:
二聚:
n聚:
聚:以上反应中每一步的速率常数近似认为相同,记平衡常数。
Ⅰ.反应平衡体系分析
(1)按系统命名法命名为
(2)定义反应程度,其中为时刻t时反应体系中-OH或者-COOH的数目,为初始反应体系中-OH或-COOH的数目。若,则
(3)最终产物中存在多种聚合度的缩聚产物,平均聚合度与平衡常数K的关系
(4)为了使平均聚合度增大,下列方法可行的是
A.及时移去 B.升高温度()
C.提高浓度 D.提高浓度
E.先将单体预聚合成低聚物,然后将低聚物进一步聚合
Ⅱ.在实际生产过程中,通常会将反应生成的水及时移去。
(5)加入少量催化与不加入催化两种情况下,初始阶段酯基的生成速率v与c(-COOH)的理论关系如图[图示为与的关系]。
a、b两条曲线的理论斜率之比更接近
当温度升高时,b线斜率将
(6)加入少量催化时,实验测得反应过程中平均聚合度与反应时间t的关系为:,其中为反应初始时浓度,k为常数。0~t时,酯基生成的平均速率
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