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氫能是一種綠色能源,也是重要的還原劑。目前有多種方法可以制氫并儲(chǔ)氫。催化加氫反應(yīng)可以用于重要化工原料的轉(zhuǎn)化。
Ⅰ.電解法制氫
(1)甲醇電解可制得H2,其原理如圖1所示。陽極的電極反應(yīng)式為
CH3OH-6e-+H2O=CO2↑+6H+
CH3OH-6e-+H2O=CO2↑+6H+
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Ⅱ.催化重整法制氫
(2)已知:反應(yīng)1:CH3OH(g)═CO(g)+2H2(g)ΔH1=+90.6kJ?mol-1
反應(yīng)2:CO(g)+H2O(g)═CO2(g)+H2(g)ΔH2=-41.2kJ?mol-1
則反應(yīng)3:CH3OH(g)+H2O(g)═CO2(g)+3H2(g)ΔH3=
+49.4
+49.4
kJ?mol-1
(3)以CuO-ZnO-Al2O3催化劑進(jìn)行甲醇重整制氫時(shí),固定其它條件不變,改變水、甲醇的物質(zhì)的量比,甲醇平衡轉(zhuǎn)化率及CO選擇性的影響如圖2所示。[CO的選擇性=
n
生成
CO
n
生成
C
O
2
+
n
生成
CO
×100%]
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當(dāng)水、甲醇比大于0.8時(shí),CO選擇性下降的原因是
水的含量增加,促進(jìn)反應(yīng)2、3正向進(jìn)行,二氧化碳選擇性上升,CO選擇性下降
水的含量增加,促進(jìn)反應(yīng)2、3正向進(jìn)行,二氧化碳選擇性上升,CO選擇性下降

(4)銅基催化劑(Cu/CeO2)能高效進(jìn)行甲醇重整制氫,但因原料中的雜質(zhì)或發(fā)生副反應(yīng)生成的物質(zhì)會(huì)使催化劑失活。甲醇中混有少量的甲硫醇(CH3SH),重整制氫時(shí)加入ZnO可有效避免銅基催化劑失活且平衡產(chǎn)率略有上升,其原理用化學(xué)反應(yīng)方程式表示為
CH3SH+ZnO=ZnS+CH3OH
CH3SH+ZnO=ZnS+CH3OH

Ⅲ.催化加氫還原反應(yīng)的應(yīng)用
H2能將4-硝基苯乙烯菁優(yōu)網(wǎng)在特定條件下轉(zhuǎn)化為4-乙烯基苯胺菁優(yōu)網(wǎng)。兩種不同催化劑將4-硝基苯乙烯還原加氫的過程如圖3所示。
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(5)已知Mo單原子位點(diǎn)對(duì)4-硝基苯乙烯有較好吸附效果。
①使用雙單原子催化劑可以大大提高4-乙烯基苯胺的產(chǎn)率,原因是
Ir單原子位點(diǎn)能促進(jìn)氫氣的活化,Mo單原子位點(diǎn)對(duì)4-硝基苯乙烯有較好的吸附效果,Mo和Ir的協(xié)同作用能改變催化劑的選擇性
Ir單原子位點(diǎn)能促進(jìn)氫氣的活化,Mo單原子位點(diǎn)對(duì)4-硝基苯乙烯有較好的吸附效果,Mo和Ir的協(xié)同作用能改變催化劑的選擇性
。
②請(qǐng)描述4-硝基苯乙烯菁優(yōu)網(wǎng)在單原子催化劑下與H2發(fā)生反應(yīng)的過程
在Ir單原子位點(diǎn),氫氣活化為H原子,一部分H原子進(jìn)攻雙鍵,和雙鍵發(fā)生加成反應(yīng),另一部分H原子進(jìn)攻硝基,將硝基還原為氨基,最終得到37%的4-氨基苯乙烯,32%的4-氨基苯乙烷,29%的4-氨基苯乙烷
在Ir單原子位點(diǎn),氫氣活化為H原子,一部分H原子進(jìn)攻雙鍵,和雙鍵發(fā)生加成反應(yīng),另一部分H原子進(jìn)攻硝基,將硝基還原為氨基,最終得到37%的4-氨基苯乙烯,32%的4-氨基苯乙烷,29%的4-氨基苯乙烷
。

【答案】CH3OH-6e-+H2O=CO2↑+6H+;+49.4;水的含量增加,促進(jìn)反應(yīng)2、3正向進(jìn)行,二氧化碳選擇性上升,CO選擇性下降;CH3SH+ZnO=ZnS+CH3OH;Ir單原子位點(diǎn)能促進(jìn)氫氣的活化,Mo單原子位點(diǎn)對(duì)4-硝基苯乙烯有較好的吸附效果,Mo和Ir的協(xié)同作用能改變催化劑的選擇性;在Ir單原子位點(diǎn),氫氣活化為H原子,一部分H原子進(jìn)攻雙鍵,和雙鍵發(fā)生加成反應(yīng),另一部分H原子進(jìn)攻硝基,將硝基還原為氨基,最終得到37%的4-氨基苯乙烯,32%的4-氨基苯乙烷,29%的4-氨基苯乙烷
【解答】
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聲明:本試題解析著作權(quán)屬菁優(yōu)網(wǎng)所有,未經(jīng)書面同意,不得復(fù)制發(fā)布。
發(fā)布:2024/10/23 5:0:2組卷:9引用:1難度:0.5
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  • 1.氫能是極具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉?,以氫燃料為代表的綠色燃料有良好的應(yīng)用前景?;卮鹣铝袉栴}:
    ?菁優(yōu)網(wǎng)
    (1)在載人航天器中,可以利用CO2與H2反應(yīng)生成H2O,通過電解水,從而實(shí)現(xiàn)O2的再生。
    ①CO2(g)+4H2(g)═CH4(g)+2H2O(l) ΔH1=-252.9kJ?mol-1
    ②2H2O(l)═2H2(g)+O2(g) ΔH2=+534kJ?mol-1
    甲烷與氧氣反應(yīng)生成二氧化碳和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式為
     
    。
    (2)工業(yè)上常用甲烷水蒸氣重整制備氫氣,體系中發(fā)生如下反應(yīng)。
    Ⅰ.CH4(g)+H2O(g)?CO(g)+3H2(g)
    Ⅱ.CO(g)+H2O(g)?CO2(g)+H2(g) ΔH=-41.2kJ?mol-1
    ①下列操作中,能提高反應(yīng)Ⅰ中CH4(g)平衡轉(zhuǎn)化率的是
     
    (填標(biāo)號(hào))。
    A.增加CH4(g)用量
    B.恒溫恒壓下通入惰性氣體
    C.移除CO(g)
    D.加入催化劑
    ②在恒溫恒壓下,按水碳比[
    n
    H
    2
    O
    n
    CO
    ]=
    12
    5
    投料,總壓強(qiáng)為1.70MPa,達(dá)到平衡時(shí)CO2、H2和CH4的分壓(某成分分壓=總壓×該成分的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))如表:
    p(CO2)/MPa 0.30 p(H2)/MPa 0.30 p(CH4)/MPa 0
    則反應(yīng)Ⅱ的平衡常數(shù)Kc=
     
    。
    (3)水煤氣反應(yīng)Ⅱ需在多個(gè)催化劑反應(yīng)層間進(jìn)行降溫操作以“去除”反應(yīng)過程中的余熱(如圖1所示),保證反應(yīng)在最適宜溫度附近進(jìn)行。
    ①在催化劑活性溫度范圍內(nèi),圖2中b~c段對(duì)應(yīng)降溫操作的過程,實(shí)現(xiàn)該過程的操作方法是
     
    。
    A.噴入冷水(蒸氣)
    B.通過熱交換器換熱
    C.按原水碳比通入冷的原料氣
    ②若采用噴入冷水(蒸氣)的方式降溫,在圖3中作出CO平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度變化的曲線
     
    。

    發(fā)布:2024/10/27 17:0:2組卷:19引用:1難度:0.5
  • 2.一定溫度下,在三個(gè)容積均為1.0L的恒容密閉容器中發(fā)生反應(yīng):CH3OH(g)+CO(g)?CH3COOH(g) ΔH<0。下列說法不正確的是( ?。?
    容器編號(hào) 溫度(K) 起始物質(zhì)的量(mol) 平衡時(shí)CH3COOH的物質(zhì)的量(mol) 平衡常數(shù)
    n(CH3OH) n(CO) n (CH3COOH)
    530 0.05 0.05 0 0.025 K1
    530 0.03 0.03 0.006 K2
    510 0 0 0.05 K3

    發(fā)布:2024/10/30 10:0:2組卷:57引用:3難度:0.4
  • 3.一定溫度下,向容積為1L的密閉容器中充入一定量的A(g)和B(g),發(fā)生反應(yīng)A(g)+2B(g)?C(g)。反應(yīng)過程中測(cè)得的部分?jǐn)?shù)據(jù)如表所示:
    t/min 0 10 20 30
    n(A)/mol 0.10 0.04 0.02
    n(B)/mol 0.20 0.04
    下列說法正確的是( ?。?/h2>

    發(fā)布:2024/10/30 13:0:1組卷:19引用:2難度:0.6
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