题目
题型:不详难度:来源:
(1)生产水煤气过程中有以下反应:①C(s)+CO2(g)2CO(g) △H1;
②CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g) △H2;③C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) △H3;
上述反应△H3与△H1、△H2之间的关系为 。
(2)将CH4转化成CO,工业上常采用催化转化技术,其反应原理为:2CH4(g)+3O2(g)4CO(g)+4H2O(g) △H=-1038kJ/mol。工业上要选择合适的催化剂,分别对X、Y、Z三种催化剂进行如下实验(其他条件相同):
①X在750℃时催化效率最高,能使正反应速率加快约3×105倍;
②Y在600℃时催化效率最高,能使正反应速率加快约3×105倍;
③Z在440℃时催化效率最高,能使逆反应速率加快约1×106倍;
根据上述信息,你认为在生产中应该选择的适宜催化剂是 (填“X”或“Y”或“Z”),选择的理由是 ;
(3)请在答题卡中,画出(2)中反应在有催化剂与无催化剂两种情况下反应过程中体系能量变化示意图,并进行必要标注。
(4)合成气合成甲醇的主要反应是:2H2(g)+CO(g)CH3OH(g) △H=-90.8kJ·mol-1,T℃下此反应的平衡常数为160。
此温度下,在密闭容器中开始只加入CO、H2,反应10min后测得各组分的浓度如下:
物质 | H2 | CO | CH3OH |
浓度/(mol·L-1) | 0.20 | 0.10 | 0.40 |
①该时间段内平均反应速率v(H2)= 。
②比较此时正、逆反应速率的大小:v(正) v (逆)(填“>”、“<”或“=”)
(5)生产过程中,合成气要进行循环,其目的是 。
答案
(1)△H3=△H1+△H2(2分)
(2)Z(2分) 催化效率高且活性温度低,节能(或催化活性高、速度快,反应温度低)(3分)
(3)画图如下(3分):
(4)①0.080 mol·L-1·min-1 (2分) ②>(2分)
(5)提高原料利用率(或提高产量、产率也可)(2分)
解析
试题分析:(1)观察3个热化学方程式,发现①+②=③,根据盖斯定律,△H3=△H1+△H2;(2)正反应是放热反应,升高温度平衡向逆反应方向移动,不利于甲烷转化为CO,因此选择Z催化剂,因为催化效率高且活性温度低,节能(或催化活性高、速度快,反应温度低);(3)画图要点:反应物的总能量高于生成物的总能量;无催化剂时正、逆反应的活化能较高;催化剂能降低正、逆反应的活化能,对焓变、反应物或生成物的总能量无影响,有催化剂时正、逆反应的活化能较低;标注反应物、生成物、△H、无催化剂、有催化剂;(4)①先用定义式求v(CH3OH),再用系数之必等于速率之比求v(H2),即v(CH3OH)=△c(CH3OH)/△t=(0.40—0)mol/L÷10min=0.040mol/(L•min),由于v(H2)/v(CH3OH)=2/1,则v(H2)=2v(CH3OH)= 0.080mol/(L•min),保留两位有效数字;②此时c(CH3OH)/[ c2(H2)•c(CO)]=0.40/[0.202×0.10]=100,由于100<K=160,为了能达到该温度下的平衡常数,说明该反应向正反应方向进行,即v(正)> v(逆);(5)合成气循环利用的目的是提高原料利用率(或提高产量、产率也可)。
核心考点
试题【除去杂质后的水煤气主要含H2、CO,是理想的合成甲醇的原料气。(1)生产水煤气过程中有以下反应:①C(s)+CO2(g)2CO(g) △H1;②CO(g)+H】;主要考察你对焓变、反应热等知识点的理解。[详细]
举一反三
(1)流程I中,欲除去粗盐中含有的Ca2+、Mg2+、SO42-等离子,需将粗盐溶解后,按序加入药品进行沉淀、过滤等。加入药品和操作的顺序可以是 。
a.Na2CO3、NaOH、BaCl2、过滤、盐酸 b.NaOH、BaCl2、Na2CO3、过滤、盐酸
c.NaOH、Na2CO3、BaCl2、过滤、盐酸 d.BaCl2、Na2CO3、NaOH、过滤、盐酸
(2)流程II中,电解饱和NaCl溶液的离子方程式为 。通电开始后,阳极区产生的气体是 ,阴极附近溶液pH会 (填“增大”、“减小”或“不变”)。
(3)流程III中,通过反应得到NaHCO3晶体。下图为NaCl、NH4Cl、NaHCO3、NH4HCO3的溶解度曲线,其中能表示NaHCO3溶解度曲线的是 ,化学反应方程式是 。
(4)流程IV中,所得纯碱常含有少量可溶性杂质,提纯它的过程如下:将碳酸钠样品加适量水溶解、 、 、过滤、洗涤2-3次,得到纯净Na2CO3•10H2O,Na2CO3•10H2O脱水得到无水碳酸钠,已知:
Na2CO3·H2O(s)==Na2CO3(s)+H2O(g) ΔH1=+58.73kJ·mol-1
Na2CO3·10H2O(s)==Na2CO3·H2O(s)+9H2O(g) ΔH2=" +473.63" kJ·mol-1
把该过程产生的气态水完全液化释放的热能全部用于生产Na2CO3所需的能耗(不考虑能量损失),若生产1molNa2CO3需要耗能92.36kJ,由此得出:H2O(g)==H2O(l) △H = 。
(1)制备合成氨原料气H2,可用甲烷蒸汽转化法,主要转化反应如下:
CH4(g) + H2O(g) CO(g) + 3H2(g) ΔH =" +206.2" kJ/mol
CH4(g) + 2H2O(g) CO2(g) +4H2(g) ΔH = +165.0kJ/mol
上述反应所得原料气中的CO能使氨合成催化剂中毒,必须除去。工业上常采用催化剂存在下CO与水蒸气反应生成易除去的CO2,同时又可制得等体积的氢气的方法。此反应称为一氧化碳变换反应,该反应的热化学方程式是 。
(2)工业生产尿素的原理是以NH3和CO2为原料合成尿素[CO(NH2)2],反应的化学方程式为:2NH3 (g)+ CO2 (g) CO(NH2)2 (l) + H2O (l),该反应的平衡常数和温度关系如下:
T / ℃ | 165 | 175 | 185 | 195 |
K | 111.9 | 74.1 | 50.6 | 34.8 |
① 反应热ΔH(填“>”、“<”或“=”)_______0。
② 在一定温度和压强下,若原料气中的NH3和CO2的物质的量之比(氨碳比),下图是氨碳比(x)与CO2平衡转化率(α)的关系。求图中的B点处,NH3的平衡转化率。
(3)已知甲烷燃料电池的工作原理如下图所示。该电池工作时,a口放出的物质为_________,该电池正极的电极反应式为:____ ,工作一段时间后,当3.2g甲烷完全反应生成CO2时,有 mol 电子发生转移。
(1)下列有关上述反应的说法正确的是________。
a.恒温、恒容条件下,容器内的压强不发生变化则可逆反应达到平衡
b.一定条件下,H2的消耗速率是CO的消耗速率的2倍时可逆反应达到平衡
c.保持容器体积不变,升高温度可提高CO的转化率
d.使用合适的催化剂能缩短达到平衡的时间并提高CH3OH的产量
(2)在容积为1L的恒容容器中,分别研究在230℃、250℃、270℃三种温度下合成甲醇的规律。右图是上述三种温度下不同的H2和CO的起始组成比(起始时CO的物质的量均为1mol)与CO平衡转化率的关系。
①在上述三种温度中,曲线Z对应的温度是 。
②利用图中a点对应的数据,计算该反应在对应温度下的平衡常数K (写出计算过程)。
③在答题卡相应位置上画出:上述反应达到平衡后,减小体系压强至达到新的平衡过程中,正逆反应速率与时间的变化关系图并标注。
(3)已知:CO(g)+O2(g)=CO2(g) △H2=-283 kJ·mol-1
H2(g)+O2(g)=H2O(g) △H3=-242 kJ·mol-1
则表示1mol气态甲醇完全燃烧生成CO 2和水蒸气时的热化学方程式为 。
2CO(g) + 4H2(g)CH3CH2OH(g) + H2O(g) △H =" —256.1" kJ·mol-1
已知:CO(g) + H2O(g)CO2(g)+H2(g) △H=" —41.2" kJ·mol-1
(1)以CO2(g)与H2(g)为原料也可合成乙醇,其热化学方程式如下:
2CO2(g) +6H2(g)CH3CH2OH(g) +3H2O(g) △H = 。
(2)汽车使用乙醇汽油并不能减少NOx的排放,这使NOx的有效消除成为环保领域的重要课题。
①某研究小组在实验室以Ag– ZSM– 5为催化剂,测得NO转化为N2的转化率随温度变化情况如下图。若不使用CO,温度超过800℃,发现NO的转化率降低,其可能的原因为 ;在n(NO)/n(C O)=1的条件下,应控制的最佳温度在 左右。
②用活性炭还原法处理氮氧化物。有关反应为:C (s) +2NO2(g) N2 (g) + CO2 (g)。某研究小组向某密闭容器中加人足量的活性炭和NO,恒温( T1℃)条件下反应,反应进行到不同时间测得各物质的浓度如下:
浓度/mol∙L-1 时间/min | NO | N2 | CO2 |
0 | 1.00 | 0 | 0 |
20 | 0.40 | 0.30 | 0.30 |
30 | 0.40 | 0.30 | 0.30 |
40 | 0.32 | 0.34 | 0.17 |
50 | 0.32 | 0.34 | 0.17 |
I.根据表中数据,求反应开始至20min以v(NO)表示的反应速率为 (保留两位有效数字),T1℃时该反应的平衡常数为 (保留两位有效数字)。
II.30min后,改变某一条件,反应重新达到平衡,则改变的条件可能是 。下图表示CO2的逆反应速率[v逆(CO2)]随反应时间的变化关系图。请在图中画出在30min改变上述条件时,在40min时刻再次达到平衡的变化曲线。
H2O(g)+3FeO(s)Fe3O4(s)+4H2(g) △H=akJ/mol (I)
2Fe3O4(s)6FeO(s)+O2(g) △H=bkJ/mol (II)
下列坐标图分别表示FeO的转化率(图-1 )和一定温度时,H2出生成速率[细颗粒(直径0.25 mm),粗颗粒(直径3 mm)](图-2)。
(1)反应:2H2O(g)=2H2(g)+O2(g) △H= (用含a、b代数式表示);
(2)上述反应b>0,要使该制氢方案有实际意义,从能源利用及成本的角度考虑,实现反应II可采用的方案是: ;
(3)900°C时,在两个体积均为2.0L密闭容器中分别投人0.60molFeO和0.20mol H2O(g)甲容器用细颗粒FeO、乙容器用粗颗粒FeO。
①用细颗粒FeO和粗颗粒FeO时,H2生成速率不同的原因是: ;
②细颗粒FeO时H2O(g)的转化率比用粗颗粒FeO时H2O(g)的转化率 (填“大”或“小”或“相等”);
③求此温度下该反应的平衡常数K(写出计箅过程,保留两位有效数字)。
(4)在下列坐标图3中画出在1000°C、用细颗粒FeO时,H2O(g)转化率随时间变化示意图(进行相应的标注)。
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