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1 . 环境保护与绿色发展是新时代人们关心的共同话题。NO是大气主要污染物,因此对工业烟气脱硝是工业生产中的重要一环。煤燃烧排放的烟气含有NO,脱除的方法有多种。
(1)利用固体氧化物电解池可将NO直接转化为N2,纽扣式电化学还原器结构单元如图所示,电解时,阴极发生的电极反应式为___________ 。(2)目前常见方法是采用NaClO溶液液相氧化法脱除烟气中的NO,其主要过程如下:
I.NO(aq)+HClO(aq)⇌NO2(aq)+HCl(aq) ΔH=akJ·mol−1
Ⅱ.3NO2(aq)+H2O(l)⇌2HNO3(aq)+NO(aq) ΔH=bkJ·mol−1
①NO(aq)转化为HNO3(aq)的热化学方程式___________ 。
②为提高NO脱除率,工业上常向NaClO溶液中加入稀硫酸调节,溶液初始pH与NO的脱除率如下表所示。
pH影响NO脱除率的原因是___________ 。
(3)理论上可采用加热使NO分解的方法处理:2NO(g)⇌N2(g)+O2(g)。已知该反应的正反应活化能为728kJ·mol−1,逆反应的活化能为910kJ·mol−1;正反应熵变为-24.8J·K-1·mol−1.实际反应时发现加热至600℃时NO仍没有明显分解,请结合上述数据解释原因________ 。
(4)近期科学家发现活性炭表面的有机结构可以被强氧化剂氧化成酚羟基、羧基(均可表示为C-OH,其电离平衡可表示为C-OH⇌C-O-+H+),这些官能团可以使活性炭表面活性化,有利于NO的吸附。不同氧化剂的预氧化与吸附原理可表示为(未配平):
预氧化:HNO3+C→C-OH+NO2↑+H2O
预氧化:KMnO4+C→C-OH+MnO2+K2MnO4
预氧化:H2O2+C→C-OH+H2O
吸附:C-OH(s)+NO(g)⇌C-OH…NO(s)ΔH<0
NO吸附实验在25℃下进行,将一定比例的N2与NO混合气体在恒压下,以相同速率持续 通入到等量的、不同预氧化试剂处理的活性炭中(图像中“原始-C”表示未经处理的活性炭),获得“NO捕获率-通气时间”的变化图:已知:
①下列描述正确的是___________ 。
A.25℃下原始-C在通气约175分钟后吸附效果超过了H2O2-C
B.若其他条件不变,增大混合气体中N2物质的量分数,吸附平衡会正向移动
C.KMnO4-C在实验中吸附效果不佳,可能是活性炭表面孔隙被MnO2、K2MnO4堵塞
D.升高温度,等量活性炭催化剂吸附的NO分子总数会减少
②相比其他预氧化试剂处理的活性炭,HNO3-C吸附效果更佳,有研究者认为可能是HNO3引入了H+,增强了活性炭的表面活性。试利用勒夏特列原理予以解释___________ 。
(1)利用固体氧化物电解池可将NO直接转化为N2,纽扣式电化学还原器结构单元如图所示,电解时,阴极发生的电极反应式为
I.NO(aq)+HClO(aq)⇌NO2(aq)+HCl(aq) ΔH=akJ·mol−1
Ⅱ.3NO2(aq)+H2O(l)⇌2HNO3(aq)+NO(aq) ΔH=bkJ·mol−1
①NO(aq)转化为HNO3(aq)的热化学方程式
②为提高NO脱除率,工业上常向NaClO溶液中加入稀硫酸调节,溶液初始pH与NO的脱除率如下表所示。
初始 | 3.5 | 4.5 | 5.5 | 6.5 | 7.5 |
NO脱除率 | 91% | 88% | 83% | 65% | 51% |
(3)理论上可采用加热使NO分解的方法处理:2NO(g)⇌N2(g)+O2(g)。已知该反应的正反应活化能为728kJ·mol−1,逆反应的活化能为910kJ·mol−1;正反应熵变为-24.8J·K-1·mol−1.实际反应时发现加热至600℃时NO仍没有明显分解,请结合上述数据解释原因
(4)近期科学家发现活性炭表面的有机结构可以被强氧化剂氧化成酚羟基、羧基(均可表示为C-OH,其电离平衡可表示为C-OH⇌C-O-+H+),这些官能团可以使活性炭表面活性化,有利于NO的吸附。不同氧化剂的预氧化与吸附原理可表示为(未配平):
预氧化:HNO3+C→C-OH+NO2↑+H2O
预氧化:KMnO4+C→C-OH+MnO2+K2MnO4
预氧化:H2O2+C→C-OH+H2O
吸附:C-OH(s)+NO(g)⇌C-OH…NO(s)ΔH<0
NO吸附实验在25℃下进行,将一定比例的N2与NO混合气体在恒压下,以相同速率
①下列描述正确的是
A.25℃下原始-C在通气约175分钟后吸附效果超过了H2O2-C
B.若其他条件不变,增大混合气体中N2物质的量分数,吸附平衡会正向移动
C.KMnO4-C在实验中吸附效果不佳,可能是活性炭表面孔隙被MnO2、K2MnO4堵塞
D.升高温度,等量活性炭催化剂吸附的NO分子总数会减少
②相比其他预氧化试剂处理的活性炭,HNO3-C吸附效果更佳,有研究者认为可能是HNO3引入了H+,增强了活性炭的表面活性。试利用勒夏特列原理予以解释
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2 . 环氧乙烷()常温下易燃易爆,其爆炸极限为5%~100%,常用于医学消毒,工业上使用特定的催化剂催化乙烯氧化法制备环氧乙烷,主要涉及反应:
ⅰ.2C2H4(g)+O2(g)2 (g)
ⅱ.回答下列问题:
(1)已知,键能,,则
(2)环氧乙烷的合成采用的主催化剂都是银单质。将乙烯、氧气、氮气按体积比为2∶1∶7充入反应容器中,只发生反应ⅰ和ⅱ,压强恒定为pMPa,使用不同的助催化剂反应一定时间,乙烯的转化率与环氧乙烷的选择性随温度的变化如图所示(已知m处于平衡状态):①充入氮气的目的是
②应选择的适宜的条件是
③m点对应的反应ⅰ的平衡常数
(3)我国科研工作者提出通过阴离子交换膜及合适的催化剂,先使CO2电催化转化为乙烯,乙烯再与另一电化学体系结合制备高附加值的环氧乙烷的工作原理如图所示:①制备环氧乙烷电化学体系中阳极的电极反应方程式为
②电极H上生成10.08L(标准状况)O2时,理论上可得到环氧乙烷的质量为
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解题方法
3 . CaCN2可以作为固态氮肥,并改善土壤酸性,通过反应制备。下列说法错误的是
A.该反应为熵增过程 |
B.该反应实现了氮的固定 |
C.该反应需在无水条件下进行 |
D.的电子式为 |
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2024-04-21更新
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265次组卷
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2卷引用:湖北省圆创联盟2024届高三三月联合测评(一模)化学试卷
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解题方法
4 . 聚丙烯简称PP,是一种应用非常广泛的有机合成高分子材料,其单体丙烯可以通过丙烷催化剂脱氢制备。
已知:
(1)___________ 0(填“>”、“<”或“=”),该反应在___________ (填“高温”或“低温”)更容易自发进行。
(2)已知、,其中、为速率常数。,时,,在容器中投入一定量的,反应达到平衡时,___________ 。()
(3)已知速率常数k与温度T的关系可表示为:。其中为反应活化能,,A为常数。
①丙烷脱氢速率常数与的图像如图1所示,则可通过斜率计算___________ 。
②800K时,其他条件不变,使用某催化剂使丙烷脱氢反应的总活化能降低了,则反应速率变为原来的___________ 倍。
③若催化剂能降低相同的活化能,当温度越___________ (填“高”或“低”)时,越大。
(4)“丙烷催化脱氢膜反应器”的原理如图2所示。在一定压强下,该装置采用___________ 措施提高了的转化率。
(5)丙烷催化氧化也是制备丙烯的常见方法,下图为两种催化剂(甲采用碳基催化剂,乙采用钒系催化剂)催化氧化丙烷的机理。
下列说法正确的是___________。
已知:
(1)
(2)已知、,其中、为速率常数。,时,,在容器中投入一定量的,反应达到平衡时,
(3)已知速率常数k与温度T的关系可表示为:。其中为反应活化能,,A为常数。
①丙烷脱氢速率常数与的图像如图1所示,则可通过斜率计算
②800K时,其他条件不变,使用某催化剂使丙烷脱氢反应的总活化能降低了,则反应速率变为原来的
③若催化剂能降低相同的活化能,当温度越
(4)“丙烷催化脱氢膜反应器”的原理如图2所示。在一定压强下,该装置采用
(5)丙烷催化氧化也是制备丙烯的常见方法,下图为两种催化剂(甲采用碳基催化剂,乙采用钒系催化剂)催化氧化丙烷的机理。
下列说法正确的是___________。
A.每步反应都是氧化还原反应 |
B.两种催化剂都可防止丙烯进一步被氧化 |
C.碳基催化剂的活性温度低 |
D.若用参与反应,最终两种催化剂中都含有 |
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解题方法
5 . 中央工作会议强调“加快新能源、绿色低碳等前沿技术研发和应用推广”,甲烷化是目前研究的热点方向之一,在环境保护方面显示出较大潜力。其主要反应如下:
反应I:
反应Ⅱ:
回答下列问题:
(1)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该物质的焓变。反应I的反应热___________ ,温度越高,反应I正向自发趋势越___________ (填“大”或“小”)。
(2)将一定量的和的混合气体充入密闭容器中,反应相同的时间,、与温度的关系如下图所示,400℃之后降低,但速率仍然增大可能的原因是___________ 。
(3)向恒压密闭装置中充入和,不同温度下同时发生反应I和反应Ⅱ,达到平衡时其中两种含碳物质的物质的量与温度T的关系如图所示。图中缺少___________ (填含碳物质的分子式)的变化曲线,随温度升高该物质的变化趋势为___________ ,800℃时,的选择性为___________ 。(已知:的选择性=×100%)
(4)在酸性条件下可采用电解法还原制。阴极的电极反应式:___________ 。
反应I:
反应Ⅱ:
回答下列问题:
(1)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该物质的焓变。反应I的反应热
物质 | ||||
0 |
(3)向恒压密闭装置中充入和,不同温度下同时发生反应I和反应Ⅱ,达到平衡时其中两种含碳物质的物质的量与温度T的关系如图所示。图中缺少
(4)在酸性条件下可采用电解法还原制。阴极的电极反应式:
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解题方法
6 . 生产生活中蕴藏着丰富的化学知识。下列项目与所述的化学知识没有关联的是
选项 | 项目 | 化学知识 |
A | 废旧铅酸蓄电池回收时加入少量 | 可作该反应的催化剂 |
B | 冰在室温下自动熔化成水 | 冰熔化成水时熵值增大 |
C | 合成氨原料气进入合成塔前需经过铜氨溶液 | 铜氨溶液可除去 |
D | 作“钡餐” | 是强电解质 |
A.A | B.B | C.C | D.D |
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解题方法
7 . 氨气是现代工业、农业生产最基础的化工原料之一、
Ⅰ.传统的“哈伯法”反应原理为:
(1)上述反应在常温下___________ (填“能”或“不能”)自发进行。
(2)“哈伯法”合成氨的工业条件为400~500℃、10~30MPa,是综合考虑了___________ 因素(至少写两点)。
(3)t℃时向2L的某刚性容器中充入和。已知平衡时体系中的体积占比为,则该反应的平衡常数___________ 。
Ⅱ.“哈伯法”的原料来自于化石燃料,该过程会产生大量温室气体。近年来有科学家提出通过电解氮气和水来合成氨气(NRR反应)。
(4)一种常温常压下NRR反应的装置如图所示,请写出阴极的电极反应方程式:___________ 。
(5)下表为不同电压下进行电解时电极表面的气体产生情况(以为计算值)
①表中的最大产率=___________ (产率=实际产量/理论产量×100%,常温常压下,结果保留3位有效数值)
②较高电压下的生成速率下降的原因是:___________ 。
(6)如图为电极表面“”的可能路径(表示电极表面)。该过程中会产生两种具有对称结构的副产物,分别为:___________ (填化学式)。
Ⅰ.传统的“哈伯法”反应原理为:
(1)上述反应在常温下
(2)“哈伯法”合成氨的工业条件为400~500℃、10~30MPa,是综合考虑了
(3)t℃时向2L的某刚性容器中充入和。已知平衡时体系中的体积占比为,则该反应的平衡常数
Ⅱ.“哈伯法”的原料来自于化石燃料,该过程会产生大量温室气体。近年来有科学家提出通过电解氮气和水来合成氨气(NRR反应)。
(4)一种常温常压下NRR反应的装置如图所示,请写出阴极的电极反应方程式:
(5)下表为不同电压下进行电解时电极表面的气体产生情况(以为计算值)
①表中的最大产率=
②较高电压下的生成速率下降的原因是:
电压V | 通入速率mL/min | 生成速率mL/min | 生成速率mg/min |
0.2 | 25 | 0.015 | 0.51 |
0.3 | 25 | 0.038 | 0.68 |
0.4 | 25 | 0.095 | 0.65 |
0.5 | 25 | 0.11 | 0.52 |
(6)如图为电极表面“”的可能路径(表示电极表面)。该过程中会产生两种具有对称结构的副产物,分别为:
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8 . 臭氧能氧化,故常被用来治理电镀工业中的含氰废水,其化学反应原理为:。下列说法错误的是
A.和是同素异形体 |
B.该反应是熵增的过程 |
C.该反应中为氧化产物 |
D.反应中所涉及的三种气体分子均为非极性分子 |
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2023-03-09更新
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322次组卷
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2卷引用:湖北省八市2023届高三3月联考化学试题
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9 . 绿色能源是未来能源发展的方向,积极发展氢能,是实现“碳达峰、碳中和”的重要举措。回答下列问题:
(1)通过生物柴油副产物甘油制取H2正成为绿色能源的一个重要研究方向。生物甘油水蒸气重整制氢的主要反应如下:
I.C3H8O3(g)3CO(g)+4H2(g) ΔH1=+251kJ·mol-1
II.CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH2=-41kJ·mol-1
①反应I能够自发进行的条件是____ (填“高温”、“低温”或“任何温度”)。
②重整总反应C3H8O3(g)+3H2O(g)3CO2(g)+7H2(g)的ΔH3=____ 。
(2)大量研究表明Pt12Ni、Sn12Ni、Cu12Ni三种双金属合金团簇均可用于催化DRM反应(CH4+CO22CO+2H2),在催化剂表面涉及多个基元反应,其中甲烷逐步脱氢过程的能量变化如图甲所示(吸附在催化剂表面上的物种用*标注,TS1、TS2、TS3、TS4分别表示过渡态1、过渡态2、过渡态3、过渡态4)。
①Pt12Ni、Sn12Ni、Cu12Ni催化甲烷逐步脱氢过程的速率分别为v1、v2、v3,则脱氢过程的速率由大到小的关系为____ 。
②甲烷逐步脱氢过程中活化能最大的反应步骤是:____ (用化学方程式表示)。
③Sn12Ni双金属合金团簇具有良好的抗积碳作用,有效抑制碳积沉对催化剂造成的不良影响,请结合图甲解释原因:____ 。
(3)甲烷干法重整制H2的过程为反应a:CH4+CO22CO+2H2,同时发生副反应b:CO2+H2CO+H2O,T℃时,在恒压容器中,通入2molCH4和1molCO2发生上述反应,总压强为P0,平衡时甲烷的转化率为40%,H2O的分压为P,则反应a的压强平衡常数Kp=____ (用含P和P0的计算式表示,已知分压=总压×物质的量分数)。
(4)甲烷裂解制氢的反应为CH4(g)=C(s)+2H2(g) ΔH=+75kJ·mol-1,Ni可作该反应的催化剂。CH4在催化剂孔道表面反应时,若孔道堵塞会导致催化剂失活。其他条件相同时,随时间增加,温度对Ni催化剂催化效果的影响如图乙所示。考虑综合因素,使用催化剂的最佳温度为____ ;650℃条件下,1000s后,氢气的体积分数快速下降的原因是____ 。
(5)我国科技工作者发明了一种电化学分解甲烷的直流电源方法,从而实现了碳和水的零排放方式生产氢气,电化学反应机理如图丙所示。阳极的电极反应式为____ 。
(1)通过生物柴油副产物甘油制取H2正成为绿色能源的一个重要研究方向。生物甘油水蒸气重整制氢的主要反应如下:
I.C3H8O3(g)3CO(g)+4H2(g) ΔH1=+251kJ·mol-1
II.CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH2=-41kJ·mol-1
①反应I能够自发进行的条件是
②重整总反应C3H8O3(g)+3H2O(g)3CO2(g)+7H2(g)的ΔH3=
(2)大量研究表明Pt12Ni、Sn12Ni、Cu12Ni三种双金属合金团簇均可用于催化DRM反应(CH4+CO22CO+2H2),在催化剂表面涉及多个基元反应,其中甲烷逐步脱氢过程的能量变化如图甲所示(吸附在催化剂表面上的物种用*标注,TS1、TS2、TS3、TS4分别表示过渡态1、过渡态2、过渡态3、过渡态4)。
①Pt12Ni、Sn12Ni、Cu12Ni催化甲烷逐步脱氢过程的速率分别为v1、v2、v3,则脱氢过程的速率由大到小的关系为
②甲烷逐步脱氢过程中活化能最大的反应步骤是:
③Sn12Ni双金属合金团簇具有良好的抗积碳作用,有效抑制碳积沉对催化剂造成的不良影响,请结合图甲解释原因:
(3)甲烷干法重整制H2的过程为反应a:CH4+CO22CO+2H2,同时发生副反应b:CO2+H2CO+H2O,T℃时,在恒压容器中,通入2molCH4和1molCO2发生上述反应,总压强为P0,平衡时甲烷的转化率为40%,H2O的分压为P,则反应a的压强平衡常数Kp=
(4)甲烷裂解制氢的反应为CH4(g)=C(s)+2H2(g) ΔH=+75kJ·mol-1,Ni可作该反应的催化剂。CH4在催化剂孔道表面反应时,若孔道堵塞会导致催化剂失活。其他条件相同时,随时间增加,温度对Ni催化剂催化效果的影响如图乙所示。考虑综合因素,使用催化剂的最佳温度为
(5)我国科技工作者发明了一种电化学分解甲烷的直流电源方法,从而实现了碳和水的零排放方式生产氢气,电化学反应机理如图丙所示。阳极的电极反应式为
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2022-05-24更新
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410次组卷
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3卷引用:湖北省武汉市第二中学2022届高三5月全仿真模拟考试(一)化学试题
解题方法
10 . 我国科学家在(自然-通讯》发表了低温高效催化丁烷脱氢制丁烯的研究成果。该过程易发生积炭和裂化等副反应,催化反应历程如图a所示[注:0.06ev表示1个C4H8(g)+1个H2(g)的能量)]
(1)三种催化剂催化效果最好的是____ (填“A”、“B”或“C”),以C为催化剂时决速反应的方程式为____ 。
(2)该反应在____ 条件下能自发进行(填“高温”、“低温”或“任意温度”)。
(3)已知反应活化能Ea(看作不受温度影响),反应温度T和速率常数k之间的关系符合公式:ln k=-+C,下列ln k~图象与上述三种催化剂关系对应正确的是____ 。
(4)在一恒容密闭容器中通入1 mol丁烷和适量的催化剂,发生催化脱氢反应,欲提高丁烯的平衡产率,应采取的措施是___ (填标号)。
A.升高温度 B.通入Ar以增大压强 C.加入少量H2
若起始投料量不变,经过相同时间,测得不同温度下丁烷转化率和丁烯产率如图b所示。温度高于T1时,丁烯产率降低的原因可能是___ (写一条即可),温度高于T2时丁烷转化率增大的原因可能是____ (写一条即可)。
(1)三种催化剂催化效果最好的是
(2)该反应在
(3)已知反应活化能Ea(看作不受温度影响),反应温度T和速率常数k之间的关系符合公式:ln k=-+C,下列ln k~图象与上述三种催化剂关系对应正确的是
(4)在一恒容密闭容器中通入1 mol丁烷和适量的催化剂,发生催化脱氢反应,欲提高丁烯的平衡产率,应采取的措施是
A.升高温度 B.通入Ar以增大压强 C.加入少量H2
若起始投料量不变,经过相同时间,测得不同温度下丁烷转化率和丁烯产率如图b所示。温度高于T1时,丁烯产率降低的原因可能是
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