《自然》雜志報道,科學家設(shè)計出了“空氣燃料實驗系統(tǒng)”,其過程分三步:
第一步,利用太陽能收集空氣中的CO2和H2O;
第二步,在太陽能作用下將CO2和H2O轉(zhuǎn)化成合成氣(CO、H2);
第三步,利用合成氣合成液態(tài)烴和甲醇。
Ⅰ模擬制備合成氣的裝置如圖1所示。
回答下列問題:
(1)交換膜是 陽離子陽離子(填“陰離子”或“陽離子”)交換膜。b極是 負極負極(填“正極”或“負極”)。
Ⅱ利用合成氣合成甲醇:CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g)ΔH
已知:aA(g)+bB(g)=xX(g)+yY(g)ΔH=xΔHm[X(g)]+yΔHm[Y(g)]-aΔHm[A(g)]-bΔHm[B(g)],ΔHm[X(g)]表示X(g)的摩爾生成焓,其余類推。
(2)25℃101kPa時,CO(g)、H2(g)、CH3OH(g)的摩爾生成焓分別為-110.5kJ/mol、0、-201.25kJ/mol,則上述反應的ΔH=-90.75kJ/mol-90.75kJ/mol。
(3)某溫度、催化劑作用下,該反應的速率方程為v=kcn(CO)cm(H2)(k為速率常數(shù),與溫度、催化劑有關(guān),與濃度無關(guān))。測得速率與CO、H2的濃度關(guān)系如下表所示:
實驗 | c(CO)/mol/L | c(H2)/mol/L | 速率 |
Ⅰ | 0.10 | 0.10 | v |
Ⅱ | 0.20 | 0.10 | 2v |
Ⅲ | 0.20 | 0.20 | 8v |
Ⅳ | 0.40 | x | 36v |
0.3
0.3
。(4)某溫度下,向容積為2L的密閉容器中加入1mol CO和2mol H2,發(fā)生上述反應,CO轉(zhuǎn)化率隨時間的變化如圖2所示:
該溫度下反應的平衡常數(shù)為
4
4
;若起始壓強為9MPa,則10min時容器中的壓強為 6.72
6.72
MPa;若保持其他條件不變,起始時加入2mol CO和2mol H2,達到平衡,相應的點可能是圖中A、B、C、D中的 B
B
。(5)若只改變反應的一個條件,能使平衡體系中
n
(
C
H
3
OH
)
n
(
H
2
)
增加CO的濃度(降低溫度或增大壓強)
增加CO的濃度(降低溫度或增大壓強)
(答出一點即可)。(6)若投料時CO與H2的物質(zhì)的量之比恒定,溫度、壓強對CO平衡轉(zhuǎn)化率的影響如圖3所示,圖中X點的v(逆)
<
<
Y點的v(正)(填“>”“<”或“=”),理由是 Y點對應的溫度和壓強都比X點高,溫度升高或壓強增大都會加快反應速率
Y點對應的溫度和壓強都比X點高,溫度升高或壓強增大都會加快反應速率
【考點】化學平衡的計算;有關(guān)反應熱的計算.
【答案】陽離子;負極;-90.75kJ/mol;0.3;4;6.72;B;增加CO的濃度(降低溫度或增大壓強);<;Y點對應的溫度和壓強都比X點高,溫度升高或壓強增大都會加快反應速率
【解答】
【點評】
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發(fā)布:2024/4/20 14:35:0組卷:35引用:3難度:0.6
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1.CO2的捕集與轉(zhuǎn)化是當今科學研究的重要課題。以CO2、C2H6為原料合成C2H4涉及的主要反應如下:
Ⅰ.CO2(g)+C2H6(g)?C2H4(g)+H2O(g)+CO(g)ΔH=+177kJ?mol-1(主反應)
Ⅱ.C2H6(g)?CH4(g)+H2(g)+C(S)ΔH=+9kJ?mol-1(副反應)
(1)反應Ⅰ的反應歷程可分為如下兩步:
i.C2H6(g)?C2H4(g)+H2(g)ΔH1(反應速率較快)
ii.H2(g)+CO2(g)?H2O(g)+CO(g)ΔH2=+41kJ?mol-1(反應速率較慢)
①ΔH1=
②相比于提高c(C2H6),提高c(CO2)對反應I速率影響更大,其原因是
(2)向恒壓密閉容器中充入CO2和C2H6合成C2H4,選擇不同溫度對相關(guān)量的影響如圖所示,工業(yè)生產(chǎn)綜合各方面的因素,反應選擇800℃的原因是
(3)在800℃時,=n(CO2)n(C2H6),充入一定體積的密閉容器中,在有催化劑存在的條件下,只發(fā)生主反應,初始壓強為P,一段時間達到平衡,產(chǎn)物的物質(zhì)的量之和與剩余反應物的物質(zhì)的量之和相等,該溫度下反應的平衡常數(shù)Kp=13
(4)工業(yè)上用甲烷催化法制取乙烯,只發(fā)生如下反應:2CH4?C2H4+2H2ΔH>0,溫度T時,向2L的恒容反應器中充入2mol CH4,僅發(fā)生上述反應,反應過程中CH4的物質(zhì)的量隨時間變化如圖所示。實驗測得v正=k正c2(CH4),v逆=k逆c(C2H4)?c2(H2),k正、k逆為速率常數(shù),只與溫度有關(guān),則T溫度時═k逆k正
(5)我國科學家使用電化學的方法(裝置如圖)用C2H6和CO2合成了C2H4。
①M是電源的
②陽極電極反應式是發(fā)布:2024/12/17 20:30:1組卷:24引用:2難度:0.6 -
2.一定條件下,可逆反應的平衡常數(shù)可以用平衡濃度計算,也可以用平衡分壓代替平衡濃度計算分壓=總壓×物質(zhì)的量分數(shù).在恒溫恒壓條件下,總壓不變,用平衡分壓計算平衡常數(shù)更方便.下列說法不正確的是( )
發(fā)布:2024/12/21 8:0:2組卷:134引用:1難度:0.7 -
3.工業(yè)上可用“氨催化氧化法”生產(chǎn)NO,以氨氣、氧氣為原料,在Pt-Rh合金催化劑存在下生成NO和副產(chǎn)物N2,兩個競爭反應化學方程式如下:
Ⅰ.4NH3(g)+5O2(g)?4NO(g)+6H2O(g)
Ⅱ.4NH3(g)+3O2(g)?2N2(g)+6H2O(g)
現(xiàn)將1molNH3、1.45molO2充入1L恒容密閉容器中,在上述催化劑作用下反應,相同時間內(nèi)有關(guān)生成物物質(zhì)的量隨溫度變化曲線如圖所示。
已知:有效轉(zhuǎn)化率=×100%制備目標物質(zhì)消耗原料的量原料總的轉(zhuǎn)化量
下列說法不正確的是( ?。?/h2>發(fā)布:2024/12/17 0:30:2組卷:81引用:5難度:0.5
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