解题方法
1 . 甲醇和乙醇都是清洁能源,也是重要的化工原料。回答下列问题:
(1)工业上利用合成气合成甲醇:
已知:①;
②;
③
上述反应中的___________ 。
(2)一定温度下,在恒容密闭容器中充入1molCO和1molH2,在固体催化剂作用下合成甲醇:,下列叙述错误的是___________(填字母)。
(3)甲醇是一种潜在储氢材料。我国学者研究甲醇在钯基催化剂表面上分解制氢:,其反应历程如图a所示(吸附在催化剂表面的物种用“*”表示)。该总反应在___________ 下(高温、低温、任意温度)自发进行;图示历程包括___________ 个基元反应;其中决速反应是反应___________ (填序号),写出该步反应式:___________ 。
(4)工业上,可以采用CO2催化还原制备CH3OH、CH3CH2OH.发生反应如下:
①(主反应);
②(主反应);
③(副反应)。
一定温度下,在甲、乙体积相同的反应容器中分别充入1molCO2和3molH2,发生上述反应,其中一个容器使用水分子膜分离技术,另一个容器不使用水分子膜分离技术。实验测得CO2平衡转化率与压强关系如图b所示。其他条件相同,增大压强,CO2平衡转化率增大,其原因是___________ ;采用水分子膜分离技术的容器是___________ (填“甲”或“乙”)。(5)一定温度下,向总压强恒定为100kPa的反应器中充入1molCO2和3molH2,发生(4)中反应①②③,达到平衡时CO2转化率为60%,生成CH3CH2OH与CO各为0.1mol,则反应①的平衡常数为___________ 。(写出数字表达式即可,分压=总压×物质的量分数)
(1)工业上利用合成气合成甲醇:
已知:①;
②;
③
上述反应中的
(2)一定温度下,在恒容密闭容器中充入1molCO和1molH2,在固体催化剂作用下合成甲醇:,下列叙述错误的是___________(填字母)。
A.当CO体积分数不变时达到平衡状态 |
B.平衡后充入少量氩气,平衡不移动 |
C.平衡后再充入0.1molCO和0.1molH2,CO平衡转化率增大 |
D.增大催化剂质量,正、逆反应速率同倍数增大 |
(3)甲醇是一种潜在储氢材料。我国学者研究甲醇在钯基催化剂表面上分解制氢:,其反应历程如图a所示(吸附在催化剂表面的物种用“*”表示)。该总反应在
(4)工业上,可以采用CO2催化还原制备CH3OH、CH3CH2OH.发生反应如下:
①(主反应);
②(主反应);
③(副反应)。
一定温度下,在甲、乙体积相同的反应容器中分别充入1molCO2和3molH2,发生上述反应,其中一个容器使用水分子膜分离技术,另一个容器不使用水分子膜分离技术。实验测得CO2平衡转化率与压强关系如图b所示。其他条件相同,增大压强,CO2平衡转化率增大,其原因是
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2 . MTP是一类重要的药物中间体,可以由TOME经环化后合成。其反应式为:反应进行时需及时从溶液体系中移出部分甲醇。TOME的转化率随反应时间的变化如图所示。设TOME的初始浓度为,反应过程中液体体积变化忽略不计。下列说法错误的是
A.190℃时,0至150min之间MTP的平均反应速率为 |
B.若Z点处于化学平衡状态,则210℃时反应平衡常数 |
C.X、Y两点虽温度不同,但MTP的物质的量浓度相等 |
D.从溶液体系中及时移出部分甲醇可提高TOME的转化率 |
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3 . 一定温度下,向四个不同的恒容密闭容器中分别通入3molNOCl(g),发生反应tmin时,NOCl的转化率与容器体积的关系如图所示。下列叙述正确的是
A.图中只有c、d两点处于平衡状态 |
B.b、d两点的压强相等 |
C.tmin时a点v逆大于c点v正 |
D.平衡常数:Ka<Kb<Kc<Kd |
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解题方法
4 . 我国承诺在2030年实现“碳达峰”,2060年实现“碳中和”,资源化利用具有重要意义,回答下列问题:
I.和在镍基催化作用下重整模型如图所示(已知:*表示催化剂活性位点,表示活性亚甲基)。(1)和在镍基催化作用下发生重整反应的化学方程式为_____ 。该反应在高温下才能自发进行,判断反应焓变_____ (填“大于”“小于”或“等于”)0,判断理由是_____ 。
(2)已知经验公式:(为活化能,k为速率常数,R和C为常数),该反应的速率常数、活化能与温度的关系如图:该反应的活化能_____ 。(用含有的式子表示)
Ⅱ.已知二氧化碳和氢气合成甲醇可能发生如下反应:
i.
ii.
(3)为提高甲醇平衡产率,可采取的措施有_____ (至少答两条)。
(4)若以为催化剂,其活性温度范围通常为。向装有催化剂的密闭容器按投料比为通入反应物,保持压强为,若只发生反应i,其他条件相同,不同温度下。5分钟内,测得温度与甲醇的产率关系如图,实际产率呈现先升高后降低的原因是_____ 。(5)时的压强平衡常数_____ 。(写出计算式)
I.和在镍基催化作用下重整模型如图所示(已知:*表示催化剂活性位点,表示活性亚甲基)。(1)和在镍基催化作用下发生重整反应的化学方程式为
(2)已知经验公式:(为活化能,k为速率常数,R和C为常数),该反应的速率常数、活化能与温度的关系如图:该反应的活化能
Ⅱ.已知二氧化碳和氢气合成甲醇可能发生如下反应:
i.
ii.
(3)为提高甲醇平衡产率,可采取的措施有
(4)若以为催化剂,其活性温度范围通常为。向装有催化剂的密闭容器按投料比为通入反应物,保持压强为,若只发生反应i,其他条件相同,不同温度下。5分钟内,测得温度与甲醇的产率关系如图,实际产率呈现先升高后降低的原因是
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解题方法
5 . 苯乙烯是一种很重要的有机化学原料,用途十分广泛。在以水蒸气做稀释剂、存在催化剂的条件下,乙苯催化脱氢可生成苯乙烯。可能发生如下两个反应;
主反应: ;
副反应: 。
回答下列问题:
(1)已知,在、条件下,、、、的燃烧热分别为、、、。则_______ 。
(2)在某温度、pkPa的条件下,向反应器中充入气态乙苯发生主反应:,其平衡转化率为50%,若向该反应器中充入水蒸气作为稀释气(计算时忽略副反应),可将平衡转化率提高至_______ 。
(3)在不同的温度条件下,以水烃比投料,在膜反应器中发生乙苯催化脱氢反应。膜反应器可以通过多孔膜移去,提高乙苯的平衡转化率,工作原理如图所示:已知:移出率×100%。
①忽略副反应,维持体系总压强p恒定,在温度T时,已知乙苯的平衡转化率为,的移出率为b,则在该温度下主反应的平衡常数_______ (用含、b、p的代数式表示)。
②乙苯的平衡转化率增长百分数与的移出率在不同温度条件下的关系如表所示:
高温下副反应程度极小,试说明当温度高于950℃时,乙苯的平衡转化率随的移出率的变化改变程度不大的原因:_______ 。
③下列说法正确的是_______ (填选项字母)。
A.生成的总物质的量与苯乙烯相等
B.因为被分离至隔离区,故反应器中不发生副反应
C.在恒容的膜反应器中,其他条件不变,增大水烃比,可提高乙苯的转化率
D.当的分压不再发生变化时,说明主副反应均达到平衡状态
(4)有研究者发现,在气氛中乙苯催化脱氢制苯乙烯更容易进行,反应历程如图所示:①该过程的总反应的化学方程式为_______ 。
②根据反应历程分析,催化剂表面酸碱性对乙苯脱氢反应影响较大,如果催化剂表面碱性太强,会降低乙苯的转化率,碱性太强使乙苯转化率降低的原因是_______ (写一点即可)。
③从资源综合利用角度分析,氧化乙苯脱氢制苯乙烯的优点是_______ 。
主反应: ;
副反应: 。
回答下列问题:
(1)已知,在、条件下,、、、的燃烧热分别为、、、。则
(2)在某温度、pkPa的条件下,向反应器中充入气态乙苯发生主反应:,其平衡转化率为50%,若向该反应器中充入水蒸气作为稀释气(计算时忽略副反应),可将平衡转化率提高至
(3)在不同的温度条件下,以水烃比投料,在膜反应器中发生乙苯催化脱氢反应。膜反应器可以通过多孔膜移去,提高乙苯的平衡转化率,工作原理如图所示:已知:移出率×100%。
①忽略副反应,维持体系总压强p恒定,在温度T时,已知乙苯的平衡转化率为,的移出率为b,则在该温度下主反应的平衡常数
②乙苯的平衡转化率增长百分数与的移出率在不同温度条件下的关系如表所示:
温度/℃ 增长百分数/% 移出率/% | 700 | 950 | 1000 |
60 | 8.43 | 4.38 | 2.77 |
80 | 16.8 | 6.1 | 3.8 |
90 | 27 | 7.1 | 4.39 |
③下列说法正确的是
A.生成的总物质的量与苯乙烯相等
B.因为被分离至隔离区,故反应器中不发生副反应
C.在恒容的膜反应器中,其他条件不变,增大水烃比,可提高乙苯的转化率
D.当的分压不再发生变化时,说明主副反应均达到平衡状态
(4)有研究者发现,在气氛中乙苯催化脱氢制苯乙烯更容易进行,反应历程如图所示:①该过程的总反应的化学方程式为
②根据反应历程分析,催化剂表面酸碱性对乙苯脱氢反应影响较大,如果催化剂表面碱性太强,会降低乙苯的转化率,碱性太强使乙苯转化率降低的原因是
③从资源综合利用角度分析,氧化乙苯脱氢制苯乙烯的优点是
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6 . 氢能是清洁、绿色能源,我国在开发氢能领域取得突破性进展。
I.氨分解制备氢。
在铁或钨催化剂作用下,氨分解过程中能量变化如图所示。
(1)根据图推知,___________ 。键能为___________ 。(2)化学上,把反应物消耗一半所用时间叫作“半衰期”。向恒容密闭容器中充入,实验测得氨气分解反应半衰期与温度(T)、初始压强()的关系如图所示。___________ (填“>”“<”或“=”),温度下,反应进行到时容器内反应体系总压强为___________ 。Ⅱ.甲醇和水蒸气重整制氢。
(3)界面协同催化键断裂促进甲醇重整高效产氢的反应历程如图所示(代表过渡态,*表示吸附在催化剂表面):控速步骤的化学方程式为___________ 。(4)一定温度下,在不同压强下,以两种不同组成进料发生上述反应,反应达到平衡时的转化率与压强关系如图所示。进料组成;进料组成,。[物质i的物质的量分数:]①进料组成1是___________ (填“甲”或“乙”)。
②M点的体积分数为___________ ,对应温度下,该反应的平衡常数为___________ (用分数表示结果)。
I.氨分解制备氢。
在铁或钨催化剂作用下,氨分解过程中能量变化如图所示。
(1)根据图推知,
(3)界面协同催化键断裂促进甲醇重整高效产氢的反应历程如图所示(代表过渡态,*表示吸附在催化剂表面):控速步骤的化学方程式为
②M点的体积分数为
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解题方法
7 . Ⅰ.二氧化硫可用于“接触法制硫酸”,核心反应是2SO2+O22SO3,因SO2在催化剂表面与O2接触而得名,反应过程示意图如下:(1)下列说法正确的是_________。
Ⅱ.也可以用电化学原理,使用SO2制备硫酸,同时精制粗铜,装置如图所示。电极为多孔的材料,能吸附气体,同时也能使气体与电解质溶液充分接触,质子交换膜只允许H+通过。(2)通入SO2的电极其电极反应式为___________ ,与___________ (填“精铜”或“粗铜”)连接;
(3)假设粗铜中含有铁、锌杂质,工作一段时间后CuSO4溶液中的Cu2+浓度___________ (填“不变”或“增大”“减小”)。
A.SO2和SO3都属于酸性氧化物,通到BaCl2溶液中都会产生白色沉淀 |
B.增大O2的浓度可以明显提高SO3的生成速率 |
C.图示过程中既有V-O键的断裂又有V-O键的形成 |
D.V2O5的作用是降低该反应的活化能,提高SO2的平衡转化率 |
Ⅱ.也可以用电化学原理,使用SO2制备硫酸,同时精制粗铜,装置如图所示。电极为多孔的材料,能吸附气体,同时也能使气体与电解质溶液充分接触,质子交换膜只允许H+通过。(2)通入SO2的电极其电极反应式为
(3)假设粗铜中含有铁、锌杂质,工作一段时间后CuSO4溶液中的Cu2+浓度
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8 . 目前生产钛的方法之一是先将TiO2转化为TiCl4,再进一步还原得到钛。以下是碳氯化法制备TiCl4:TiO2(s)+2Cl2(g)+2C(s)TiCl4(g)+2CO(g) ∆HkJ·mol−1。
(1)对于该反应:增大压强,平衡___________ 移动(填“正向”“不”或“逆向”);温度升高,平衡转化率___________ (填“增大”“减小”或“不变”)。
(2)恒温恒容时,下列叙述一定能说明该反应达到平衡状态的是______。
(3)在某温度下,该恒容体系已经达到平衡,若向其中加入少量碳,TiCl4的体积分数将___________ (填选项);若加入少量氯气,TiCl4的体积分数将___________ (填选项)。
A.减小 B.不变 C.增大
(1)对于该反应:增大压强,平衡
(2)恒温恒容时,下列叙述一定能说明该反应达到平衡状态的是______。
A.混合气体的压强保持不变 | B. |
C.混合气体的密度保持不变 | D.Cl2和CO物质的量相等 |
A.减小 B.不变 C.增大
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9 . 氮及其化合物的研究对于生态环境保护和工农业生产发展非常重要。
(1)已知:2NH3(g)N2(g)+3H2(g),活化能Ea1=600 kJ/mol,合成氨有关化学键的键能如下表:
则合成氨反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的活化能Ea2=___________ 。
(2)在一定条件下,向某反应容器中投入1 mol N2、3mol H2在不同温度下反应,平衡体系中氨的质量分数随压强变化曲线如图1所示。温度T1、T2、T3中,由低到高为___________ , M点N2的转化率为___________ 。
(3)采用催化剂存在下臭氧氧化—碱吸收法同时脱除SO2和NO。
反应I:NO(g)+O3(g)NO2(g)+O2(g) = -200.9 kJ/mol
反应II:SO2(g)+O3(g)SO3(g)+O2(g) =-241.6 kJ/mol
一定条件下,向容积为2 L的反应器充如2.0 mol NO、2.0molSO2的模拟烟气和4.0molO3,升高温度,体系中NO和SO2的转化率随温度T变化如图2所示。下列有关说法错误的是___________ 。
A.温度越高,脱除SO2和NO的效果越好
B.相同温度下, NO的转化率远高于SO2
C.可根据不同温度下的转化率选择最佳温度脱除SO2和NO
(4)为避免汽车尾气中的氮氧化合物对大气的污染,需给汽车安装尾气净化装置。在净化装置中CO和NO发生反应2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g) H=-746.8 kJ/mol。
实验测得:v正=k正p2(NO)·p2(CO),v逆=k逆p(N2)。p2(CO2)。其中k正、k逆分别为正、逆反应速率常数,只与温度有关;p为气体分压(分压=物质的量分数×总压)。
①达到平衡后,仅升高温度,k正增大的倍数___________ (选填“大于”“小于”或“等于”) k逆增大的倍数。
②一定温度下在刚性密闭容器中充入CO、NO和N2物质的量之比为2:2:1,压强为p0 kPa.达平衡时压强为0.9p0 kPa,则=___________ 。
(5)氮的氧化物脱除可用电化学原理处理,如图3装置可同时吸收SO2和NO。直流电源的正极为__________ (选填“a”或“b”),阳极的电极反应式___________ 。该电解装置选择___________ (选填“阳”或“阴")离子交换膜。
(1)已知:2NH3(g)N2(g)+3H2(g),活化能Ea1=600 kJ/mol,合成氨有关化学键的键能如下表:
化学键 | H-H | N≡N | N-H |
键能/kJ/mol | 436 | 946 | 391 |
(2)在一定条件下,向某反应容器中投入1 mol N2、3mol H2在不同温度下反应,平衡体系中氨的质量分数随压强变化曲线如图1所示。温度T1、T2、T3中,由低到高为
(3)采用催化剂存在下臭氧氧化—碱吸收法同时脱除SO2和NO。
反应I:NO(g)+O3(g)NO2(g)+O2(g) = -200.9 kJ/mol
反应II:SO2(g)+O3(g)SO3(g)+O2(g) =-241.6 kJ/mol
一定条件下,向容积为2 L的反应器充如2.0 mol NO、2.0molSO2的模拟烟气和4.0molO3,升高温度,体系中NO和SO2的转化率随温度T变化如图2所示。下列有关说法错误的是
A.温度越高,脱除SO2和NO的效果越好
B.相同温度下, NO的转化率远高于SO2
C.可根据不同温度下的转化率选择最佳温度脱除SO2和NO
(4)为避免汽车尾气中的氮氧化合物对大气的污染,需给汽车安装尾气净化装置。在净化装置中CO和NO发生反应2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g) H=-746.8 kJ/mol。
实验测得:v正=k正p2(NO)·p2(CO),v逆=k逆p(N2)。p2(CO2)。其中k正、k逆分别为正、逆反应速率常数,只与温度有关;p为气体分压(分压=物质的量分数×总压)。
①达到平衡后,仅升高温度,k正增大的倍数
②一定温度下在刚性密闭容器中充入CO、NO和N2物质的量之比为2:2:1,压强为p0 kPa.达平衡时压强为0.9p0 kPa,则=
(5)氮的氧化物脱除可用电化学原理处理,如图3装置可同时吸收SO2和NO。直流电源的正极为
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解题方法
10 . 苯乙烯是重要的有机化工原料,可用乙苯为原料制备苯乙烯。常见的方法有直接脱氢法和氧化脱氢法。反应原理表示如下:
反应①(氧化脱氢):
反应②(直接脱氢):
(1)H2的燃烧反应:的焓变__________ 。
(2)判断反应①能否自发进行,并说明理由。______________
(3)欲提高反应①中乙苯平衡转化率,可采用的措施有_____________ 、_____________ 。
(4)某温度下,向2L容器中通入2mol气态乙苯与2mol O2发生反应①,10min后反应达到平衡,此时混合气体中乙苯和苯乙烯的物质的量相等。
①可以判断反应①达到化学平衡状态的标志是_____________
A.正反应与逆反应不再进行 B.气体密度不再改变
C.体系压强不再改变 D.与之和保持不变
②从开始反应至达到平衡时间段内平均反应速率_____________ 。
(5)中国化学家提出了在某催化剂表面反应②的机理(Ph-代表苯基,*代表吸附态):①虚线框内反应历程共包含___________ 步反应。
A.1 B.2 C.3 D.4
②虚线框内化学反应速率最慢的一步活化能的值为_____________ kJ·mol-1。
A.11.5 B.17.3 C.63.5 D.102.1
③关于上述反应历程说法正确的是___________ (不定项)。
A.物质吸附在催化剂表面时通常比其形成的过渡态稳定
B.使用催化剂后,有效提升了乙苯的平衡转化率
C.状态ⅱ→状态ⅲ过程中形成了π键
D.状态ⅲ→状态ⅳ的能量变化说明形成H-H键是吸热过程
④若工业上采用反应②来生产苯乙烯,常伴有乙苯的裂解副反应,且一般情况下,该副反应的反应速率与程度都比反应②大。生产中可____________ (填措施名称)来提高反应②的选择性。
反应①(氧化脱氢):
反应②(直接脱氢):
(1)H2的燃烧反应:的焓变
(2)判断反应①能否自发进行,并说明理由。
(3)欲提高反应①中乙苯平衡转化率,可采用的措施有
(4)某温度下,向2L容器中通入2mol气态乙苯与2mol O2发生反应①,10min后反应达到平衡,此时混合气体中乙苯和苯乙烯的物质的量相等。
①可以判断反应①达到化学平衡状态的标志是
A.正反应与逆反应不再进行 B.气体密度不再改变
C.体系压强不再改变 D.与之和保持不变
②从开始反应至达到平衡时间段内平均反应速率
(5)中国化学家提出了在某催化剂表面反应②的机理(Ph-代表苯基,*代表吸附态):①虚线框内反应历程共包含
A.1 B.2 C.3 D.4
②虚线框内化学反应速率最慢的一步活化能的值为
A.11.5 B.17.3 C.63.5 D.102.1
③关于上述反应历程说法正确的是
A.物质吸附在催化剂表面时通常比其形成的过渡态稳定
B.使用催化剂后,有效提升了乙苯的平衡转化率
C.状态ⅱ→状态ⅲ过程中形成了π键
D.状态ⅲ→状态ⅳ的能量变化说明形成H-H键是吸热过程
④若工业上采用反应②来生产苯乙烯,常伴有乙苯的裂解副反应,且一般情况下,该副反应的反应速率与程度都比反应②大。生产中可
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