【备考2024年】从巩固到提高 高考化学二轮微专题49 化学原理综合

试卷更新日期:2024-02-24 类型:二轮复习

一、非选择题

  • 1. 通过电化学、热化学等方法,将CO2转化为HCOOH等化学品,是实现“双碳”目标的途径之一。

    请回答:

    (1)、某研究小组采用电化学方法将CO2转化为HCOOH,装置如图1。电极B上的电极反应式是 
    (2)、该研究小组改用热化学方法,相关热化学方程式如下:

    Ⅰ:C(s)+O2(g)═CO2(g)

    ΔH1=﹣393.5kJ•mol1

    Ⅱ:C(s)+H2(g)+O2(g)═HCOOH(g)

    ΔH2=﹣378.7kJ•mol1

    Ⅲ:CO2(g)+H2(g)⇌HCOOH(g)

    ΔH3

    ①ΔH3kJ•mol1

    ②反应Ⅲ在恒温、恒容的密闭容器中进行,CO2和H2的投料浓度均为1.0mol•L1 , 平衡常数K=2.4×108 , 则CO2的平衡转化率为 

    ③用氨水吸收HCOOH,得到1.00mol•L1氨水和0.18mol•L1甲酸铵的混合溶液,298K时该混合溶液的pH=。[已知:298K时,电离常数Kb(NH3•H2O)=1.8×105、Ka(HCOOH)=1.8×104]

    (3)、为提高效率,该研究小组参考文献优化热化学方法,在如图密闭装置中充分搅拌催化剂M的DMSO(有机溶剂)溶液,CO2和H2在溶液中反应制备HCOOH,反应过程中保持CO2(g)和H2(g)的压强不变,总反应CO2+H2⇌HCOOH的反应速率为v,反应机理如下列三个基元反应,各反应的活化能E2<E1<<E3(不考虑催化剂活性降低或丧失)。

    Ⅳ:M+CO2⇌Q

    E1

    Ⅴ:Q+H2⇌L

    E2

    Ⅴ:L⇌M+HCOOH

    E3

    ①催化剂M足量条件下,下列说法正确的是 ____。

    A、v与CO2(g)的压强无关 B、v与溶液中溶解H2的浓度无关 C、温度升高,v不一定增大 D、在溶液中加入N(CH2CH33 , 可提高CO2转化率
    (4)、

    ②实验测得:298K,p(CO2)=p(H2)=2MPa下,v随催化剂M浓度c变化如图3。c⩽c0时,v随c增大而增大:c>c0时,v不再显著增大。请解释原因

  • 2. 天然气、石油钻探过程会释放出CO2、H2S等气体。某种将CO2和H2S共活化的工艺涉及反应如下:

    CO2(g)+H2S(g)COS(g)+H2O(g)         ΔH1

    CO2(g)+H2S(g)CO(g)+12S2(g)+H2O(g)     ΔH2

    H2S(g)12S2(g)+H2(g)          ΔH3=+85.79 kJmol-1

    H2(g)+CO2(g)CO(g)+H2O(g)     ΔH4=+41.20 kJmol-1

    恒压密闭容器中,反应物的平衡转化率、部分生成物的选择性与温度关系如图所示。

    已知:i.CO2和H2S的初始物质的量相等:

    ii.产率=转化率×选择性:

    iii.COS的选择性=n(COS)n(H2S)×100% , H2O的选择性=n(H2O)n(H2S)×100%

    回答下列问题:

    (1)、COS分子的空间结构为形。
    (2)、ΔH2=kJmol-1
    (3)、以下温度,COS的产率最高的是____。
    A、400 B、600 C、800 D、1000
    (4)、温度高于500℃时,H2S的转化率大于CO2 , 原因是
    (5)、可提高S2平衡产率的方法为____。
    A、升高温度 B、增大压强 C、降低温度 D、充入氩气
    (6)、700℃时反应①的平衡常数K=(精确到0.01)。
    (7)、催化剂CeO2-MgO对反应②具有高选择性,通过理论计算得到反应的主要路径如下图所示。表示状态2的为____。

    A、 B、 C、
  • 3. 二氧化碳一甲烷重整反应制备合成气(H2+CO)是一种生产高附加值化学品的低碳过程。该过程存在如下化学反应:

    CH4(g)+CO2(g)2H2(g)+2CO(g)    ΔH1

    CO2(g)+2H2(g)C(s)+2H2O(g)    ΔH2=90.2kJmol1

    CH4(g)C(s)+2H2(g)    ΔH3=+74.9kJmol1

    CO(g)+H2(g)H2O(g)+C(s)    ΔH4=131.3kJmol1

    回答下列问题:

    (1)、ΔH1=  , 反应①正向自发进行(填标号)。

    A.低温下能    B.高温下能    C.任何温度下都能    D.任何温度下都不能

    (2)、反应体系总压强分别为5.00MPa1.00MPa0.50MPa时,CH4平衡转化率随反应温度变化如图所示,则代表反应体系总压强为5.00MPa的曲线是(填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”),判断依据是

    (3)、当反应体系总压强为0.1MPa时,平衡时部分组分的物质的量随反应温度变化如图所示。随反应温度的升高,CO2的物质的量先增加后减少,主要原因是

    (4)、恒温恒压条件下,向容器中通入1molCH41molCO2 , 达到平衡时CH4的转化率为80%CO2的转化率为50% , 碳单质的物质的量为0.8molCO的物质的量为mol , 反应①用摩尔分数表示的平衡常数Kx=(结果保留两位小数)。

    上述平衡时[c(H2)]2c(CH4)=a , 向体系通入He气,重新达到平衡时,[c(H2)]2c(CH4)=b , 则ab(填“>”“<”或“=”)。(已知反应aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)Kx=xCcxDdxAaxBb , 物质i的摩尔分数xi=nin)

  • 4. 硫酸工业在国民经济中占有重要地位。
    (1)、我国古籍记载了硫酸的制备方法——“炼石胆(CuSO4·5H2O)取精华法”。借助现代仪器分析,该制备过程中CuSO4·5H2O分解的TG曲线(热重)及DSC曲线(反映体系热量变化情况,数值已省略)如下图所示。700℃左右有两个吸热峰,则此时分解生成的氧化物有SO2(填化学式)。

      

    (2)、铅室法使用了大容积铅室制备硫酸(76%以下),副产物为亚硝基硫酸,主要反应如下:

    NO2+SO2+H2O=NO+H2SO4

    2NO+O2=2NO2

    (ⅰ)上述过程中NO2的作用为

    (ⅱ)为了适应化工生产的需求,铅室法最终被接触法所代替,其主要原因是(答出两点即可)。

    (3)、接触法制硫酸的关键反应为SO2的催化氧化:

    SO2(g)+12O2(g)SO3(g) ΔH=-98.9kJ·mol-1

    (ⅰ)为寻求固定投料比下不同反应阶段的最佳生产温度,绘制相应转化率(α)下反应速率(数值已略去)与温度的关系如下图所示,下列说法正确的是

      

    a.温度越高,反应速率越大

    b.α=0.88的曲线代表平衡转化率

    c.α越大,反应速率最大值对应温度越低

    d.可根据不同α下的最大速率,选择最佳生产温度

    (ⅱ)为提高钒催化剂的综合性能,我国科学家对其进行了改良。不同催化剂下,温度和转化率关系如下图所示,催化性能最佳的是(填标号)。

      

    (ⅲ)设O2的平衡分压为p,SO2的平衡转化率为αe , 用含p和αe的代数式表示上述催化氧化反应的Kp=(用平衡分压代替平衡浓度计算)。

  • 5. 纳米碗C40H10是一种奇特的碗状共轭体系。高温条件下,C40H10可以由C40H20分子经过连续5步氢抽提和闭环脱氢反应生成。C40H20(g)HC40H18(g)+H2(g)的反应机理和能量变化如下:  

      

      

    回答下列问题:

    (1)、已知C40Hx中的碳氢键和碳碳键的键能分别为431.0kJmol1298.0kJmol1 , H-H键能为436.0kJmol1。估算C40H20(g)C40H18(g)+H2(g)ΔH=kJmol1
    (2)、图示历程包含个基元反应,其中速率最慢的是第个。
    (3)、C40H10 纳米碗中五元环和六元环结构的数目分别为
    (4)、1200K时,假定体系内只有反应C40H12(g)C40H10(g)+H2(g)发生,反应过程中压强恒定为p0(即C40H12的初始压强),平衡转化率为α,该反应的平衡常数Kp(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)。
    (5)、C·40H19(g)C40H18(g)+H(g)C·40H11(g)C40H10(g)+H(g)反应的lnK(K为平衡常数)随温度倒数的关系如图所示。已知本实验条件下,lnK=-ΔHRT+c(R为理想气体常数,c为截距)。图中两条线几乎平行,从结构的角度分析其原因是

      

    (6)、下列措施既能提高反应物的平衡转化率,又能增大生成C40H10的反应速率的是(填标号)。

    a.升高温度    b.增大压强    c.加入催化剂

  • 6. 硫酸亚铁在工农业生产中有许多用途,如可用作农药防治小麦黑穗病,制造磁性氧化铁、铁催化剂等。回答下列问题:
    (1)、在N2气氛中,FeSO47H2O的脱水热分解过程如图所示:

    根据上述实验结果,可知x=y=

    (2)、已知下列热化学方程式:

    FeSO47H2O(s)=FeSO4(s)+7H2O(g)   ΔH1=akJmol1

    FeSO4xH2O(s)=FeSO4(s)+xH2O(g)    ΔH2=bkJmol1

    FeSO4yH2O(s)=FeSO4(s)+yH2O(g)    ΔH3=ckJmol1

    FeSO47H2O(s)+FeSO4yH2O(s)=2(FeSO4xH2O)(s)ΔH=kJmol1

    (3)、将FeSO4置入抽空的刚性容器中,升高温度发生分解反应:2FeSO4(s)Fe2O3(s)+SO2(g)+SO3(g)(Ⅰ)。平衡时PSO3T的关系如下图所示。660K时,该反应的平衡总压P=kPa、平衡常数Kp()=(kPa)2Kp()随反应温度升高而(填“增大”“减小”或“不变”)。

    (4)、提高温度,上述容器中进一步发生反应2SO3(g)2SO2(g)+O2(g)(Ⅱ),平衡时PO2=(用PSO3PSO2表示)。在929K时,P=84.6kPaPSO3=35.7kPa , 则PSO2=kPaKp()=kPa(列出计算式)。
  • 7. 氨是最重要的化学品之一,我国目前氨的生产能力位居世界首位。回答下列问题:
    (1)、根据图1数据计算反应12N2(g)+32H2(g)=NH3(g)ΔH=kJmol-1

    (2)、研究表明,合成氨反应在Fe催化剂上可能通过图2机理进行(*表示催化剂表面吸附位,N2*表示被吸附于催化剂表面的N2)。判断上述反应机理中,速率控制步骤(即速率最慢步骤)为(填步骤前的标号),理由是
    (3)、合成氨催化剂前驱体(主要成分为Fe3O4)使用前经H2还原,生成α-Fe包裹的Fe3O4。已知α-Fe属于立方晶系,晶胞参数a=287pm , 密度为7.8gcm-3 , 则α-Fe晶胞中含有Fe的原子数为(列出计算式,阿伏加德罗常数的值为NA)。
    (4)、在不同压强下,以两种不同组成进料,反应达平衡时氨的摩尔分数与温度的计算结果如下图所示。其中一种进料组成为xH2=0.75xN2=0.25 , 另一种为xH2=0.675xN2=0.225xAt=0.10。(物质i的摩尔分数:xi=nin)

    ①图中压强由小到大的顺序为 , 判断的依据是

    ②进料组成中含有情性气体Ar的图是

    ③图3中,当p2=20MPaxNH3=0.20时,氮气的转化率α=。该温度时,反应12N2(g)+32H2(g)NH3(g)的平衡常数Kp=(MPa)-1(化为最简式)。

  • 8. 二氧化碳催化加氢制甲醇,有利于解决能源短缺问题,涉及的反应如下:
    (1)、I.主反应CO2(g) + 3H2(g) = CH3OH(g) + H2O(g) ΔH1

    Ⅱ.副反应CO2(g)+ H2(g) =CO(g)+ H2O(g) ΔH2= + 41 kJ/mol

    回答下列问题:

    已知:

    ①H2(g)+12O2(g) = H2O(g) ΔH = -242 kJ/mol 

    ②CH3OH(g) +32O2(g) = CO2(g) + 2H2O(g) ΔH = -677 kJ/mol

    则ΔH1 =kJ/mol, 该反应在(填“低温”或“高温”)易自发进行。

    (2)、关于二氧化碳催化加氢制甲醇的反应体系,下列说法正确的有____。
    A、平衡时,3 v(H2)= v(CO2) B、平衡后,增大压强有利于提高CH3OH的产率 C、平衡后,移去部分H2O(g), 反应I、Ⅱ的平衡常数均增大 D、选择理想的催化剂,可提高CH3OH在最终产物中的比率
    (3)、初始进料比n(CO2): n(H2)=1:3时,在不同温度下达到平衡,体系中CH3OH、CO的选择性和CO2的平衡转化率[ α(CO2)]与温度的关系如图所示:

    已知: CH3OH的选择性=CH3OHCO2×100%

    ①用各物质的平衡分压p(B)表示反应I的平衡常数表达式Kp=

    ②该反应体系中的催化剂活性受温度影响变化不大。图中表示CH3OH选择性变化的曲线是 (填 “a”或“b”),其原因是

    ③当T= 250℃时,H2的平衡转化率α(H2)=

    (4)、我国科学家研究Li-CO2电池取得重大科研成果。该电池放电时,CO2在正极放电的反应机理如下:

    (i) 2CO2+2e  → C2O42- 

    (ii)C2O42-CO22- + CO2

    (iii)C2O42- + CO22-→2CO32- +C

    电池的正极反应式为

  • 9. 我国力争2030年前实现碳达峰,2060 年前实现碳中和。CO2 的综合利用是实现碳中和的措施之一。
    (1)、Ⅰ. CO2和CH4在催化剂表面可以合成CH3COOH,该反应的历程和相对能量的变化情况如下图所示(*指微粒吸附在催化剂表面,H*指H吸附在催化剂载体上的氧原子上,TS表示过渡态): 

    决定该过程的总反应速率的基元反应方程式为

    (2)、下列说法正确的有

    a.增大催化剂表面积可提高CO2在催化剂表面的吸附速率

    b. CH3COOH* 比CH3COOH(g)能量高

    c.催化效果更好的是催化剂2

    d.使用高活性催化剂可降低反应焓变,加快反应速率

    (3)、Ⅱ. CO2和 H2在一定条件下也可以合成甲醇,该过程存在副反应ii。

    反应i: CO2(g) + 3H2(g) CH3OH(g) + H2O(g) ΔH1 = -49.3 kJ·mol-1

    反应ii: CO2(g) + H2(g CO(g)+ H2O(g) ΔH2

    有关物质能量变化如图所示,稳定单质的焓(H)为0,则ΔH2= kJ·mol-1

    (4)、恒温恒容条件下,仅发生反应ii,反应达到平衡的标志是

    a. CO的分压不再发生变化

    b.气体平均相对分子质量不再发生变化

    c. 气体密度不再发生变化

    d. c(CO2)c(H2)c(CO)c(H2O)比值不再发生变化

    (5)、在5.0MPa,将n(CO2) : n(H2)=5 : 16的混合气体在催化剂作用下进行反应。体系中气体平衡组成比例(CO和CH3OH在含碳产物中物质的量百分数)及CO2的转化率随温度的变化如图所示。

    ①表示平衡时CH3OH在含碳产物中物质的量百分数的曲线是 (填“a”或“b”)。 

    ②CO2平衡转化率随温度的升高先减小后增大,增大的原因可能是

    ③250℃时反应i: CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)的 Kp=(MPa)-2(用最简分数表示)。

  • 10. 我国力争于2030年前做到碳达峰,2060年前实现碳中和,因此CO2的综合利用是研究热点之一。
    (1)、以CO2为原料可制取甲醇。

    已知:

    ①H2(g)、CH3OH(l)的燃烧热ΔH分别为-285.8kJ·mol-1和-726.5kJ·mol-1

    ②CH3OH(l)⇌CH3OH(g) ΔH=+38kJ·mol-1

    ③H2O(l)⇌H2O(g) ΔH=+44kJ·mol-1

    则反应CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(l)+H2O(g)的ΔH1=kJ·mol-1

    (2)、利用CO2与H2合成甲醇涉及的主要反应如下:

    I.CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(l)+H2O(g) ΔH1

    II.CO2(g)+H2(g)⇌CO(g)+H2O ΔH2=+41kJ·mol-1

    一定条件下向某刚性容器中充入物质的量之比为1:3的CO2和H2发生上述反应,在不同催化剂(catl,cat2)下经相同反应时间,CO2转化率和甲醇的选择性[甲醇的选择=n(CH3OH)n(CO)+n(CH3OH)×100%]随温度变化如图甲所示:

    ①由图可知,催化效果catlcat2(填“>”“<”或“=”)。

    ②在210℃-270℃间,CH3OH的选择性随温度的升高而下降,可能原因为

    ③某条件下,达到平衡时CO2的转化率为15%,CH3OH的选择性为80%,则H2的平衡转化率为;反应II的平衡常数Kp=(列出算式即可)。

    (3)、利用制备的甲醇可以催化制取丙烯,过程中发生如下反应:3CH3OH(g)C3H6(g)+3H2O(g)。该反应的实验数据遵循Arhenius经验公式,如图乙中曲线a所示,已知Arthenius经验公式为Rlnk=-EaT+C(Ea为活化能,假设受温度影响忽略不计,k为速率常数,R和C为常数),则反应的活化能kJ·mol-1。当改变外界条件时,实验数据如图乙中的曲线b所示,则实验可能改变的外界条件是;此经验公式说明对于某个基元反应,当升高相同温度时,其活化能越大,反应速率增大的(填“越多”或“越少”)。

  • 11. 将CH4CO2两种气体转化为合成气(H2和CO),可以实现能量综合利用,对环境保护具有十分重要的意义。甲烷及二氧化碳重整涉及以下反应:

    I.CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g) ΔH1 平衡常数K1

    Ⅱ.CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH2 平衡常数K2

    Ⅲ.CH4(g)+2H2O(g)CO2(g)+4H2(g) ΔH3 平衡常数K3

    (1)、ΔfHθm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1 mol该物质的焓变。对于稳定相态单质,其ΔfHθm为零。根据下表数据,计算反应Ⅱ的反应热ΔH2= , 该反应正反应活化能逆反应活化能(填“大于”、“小于”或“等于”)。

    物质

    CH4

    CO2

    CO

    H2O(g)

    ΔfHθm(kJmol1)

    74.8

    393.5

    110.5

    241.8

    (2)、平衡常数K2=(用K1K3表示)。
    (3)、一定温度下,维持压强p0 , 向一密闭容器中通入等物质的量的CH4H2O(g)发生反应。已知反应Ⅱ的速率方程可表示为v=kp(CO)p(H2O)v=kp(CO2)p(H2) , 其中kk分别为正、逆反应的速率常数,则以物质的分压表示的反应Ⅱ的平衡常数KpII=(用kk表示),另lgk与1T的关系如图所示,①、②、③、④四条直线中,表示lgk的是(填序号),T1温度时,图中A、B、C、D点的纵坐标分别为a+1a+0.48a0.3a1 , 达到平衡时,测得CH4的转化率为60%,且体系中p(CO2)=p(H2O) , 则p(CO2)= , 以物质的分压表示的反应I的平衡常数Kp=。(用含p0的代数式表示,已知:lg5=0.7)

  • 12. 二甲醚(DME)是一种重要的化工原料,可以通过CO2制备得到。制备方法和涉及反应如下:

    方法a:“二步法”制二甲醚

    I:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)ΔH1=49.5kJ/mol

    Ⅱ:2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)ΔH2=23.4kJ/mol

    方法b:“一步法”制二甲醚

    Ⅲ:2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)ΔH3

    两种方法都伴随副反应:

    Ⅳ:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)ΔH4=+41.2kJ/mol

    请回答:

    (1)、反应I自发进行的条件是ΔH3=
    (2)、在一定温度下,向1L的恒容密闭容器中通入1molCO2(g)3molH2(g)和利用方法a制备二甲醚。测得CO2的平衡转化率为30%,CH3OCH3(g)amolCO(g)bmol , 反应I的平衡常数为(用含a、b的式子表示,只需列出计算式)。
    (3)、恒压条件下,在密闭容器中利用方法b制备二甲醚。按照n(CO2)n(H2)=13投料,CO2的平衡转化率和COCH3OCH3的选择性随温度变化如图1所示。

    (CO的选择性=COCO2×100%CH3OCH3的选择性=2×CH3OCH3CO2×100%)

    ①下列说法正确的是

    A.当反应达到平衡时,n(CO2)n(H2)=13

    B.曲线①表示二甲醚的选择性

    C.温度越低越有利于工业生产二甲醚

    D.工业上引入双功能催化剂是为了降低反应Ⅲ的ΔH3

    ②在200350的范围内,CO2的平衡转化率先降低后升高的原因:

    (4)、有学者研究反应Ⅱ机理,利用磷酸硅铝分子筛催化甲醇制二甲醚,其中简化的分子筛模型与反应过渡态结构模型如图所示,下列说法正确的是____。(已知:磷酸硅铝分子筛中有酸性位点可以将甲醇质子化,题中的分子筛用“ZOH”符号表示)

    A、制得的磷酸硅铝分子筛的孔径越大催化效率越高 B、该反应机理:2CH3OH+ZOH[H|CH3OCH3OH2+ZO]ZOH+(CH3)2O(g)+H2O(g) C、改变分子筛组分比例适当提高其酸性,有利加快反应速率 D、温度越高,有利于水蒸气脱离分子筛,反应速率越快
  • 13. 甲醇水蒸气催化重整是当前制取清洁能源氢气的主要方法,其反应机理如下:

    反应1:CH3OH(g)+H2O(g)CO2(g)+3H2(g)  ΔH1

    反应Ⅱ:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)  ΔH2

    请回答下列问题:

    (1)、在精选催化剂R作用下,反应Ⅰ可通过如图1所示的反应历程实现催化重整,则ΔH1=kJ/mol(用含字母a、b、c的代数式表示)。

    (2)、将一定量的甲醇气体和水蒸气混合反应,使用催化剂R,测得相同条件下,甲醇的转化率[(CH3OH)%]与CO的物质的量分数[(CO)%]变化如图2所示。反应Ⅱ为反应(填“吸热”或“放热”),选择催化剂R的作用为

    (3)、将1 mol甲醇气体和1.2 mol水蒸气混合充入2 L恒容密闭容器中,控制反应温度为300℃、起始压强为2.5 MPa下进行反应。平衡时容器中n(CH3OH)=n(CO)=0.1 mol。此时H2O的浓度为 , 甲醇的转化率为 , 则反应Ⅱ的逆反应的压强平衡常数Kp=
    (4)、相同反应条件下,得到甲醇水蒸气重整反应各组分的实际组成与反应温度关系曲线图。

    下列说法正确的是

    A、升温对反应Ⅰ的化学反应速率影响更大 B、催化剂的选择应考虑提高生成CO2的选择性 C、催化剂的活性与温度有关,且反应前后化学性质保持不变 D、若容器内气体的平均摩尔质量保持不变,则反应Ⅱ一定处于平衡状态
  • 14. 丁二烯是生产丁苯橡胶SBR、ABS 树脂、聚丁二烯橡胶BR等的基本原料,也是生产氯丁二烯、乙烯基环己烯等化学品的关键中间体,工业上常在钼系催化剂作用下,用丁烯氧化脱氢制丁二烯。丁烯氧化脱氢制丁二烯的反应如下:

    反应: 2C4H8 (g) +O2 (g) =2C4H6 (g) +2H2O (g) ΔH

    副反应①: C4H8(g) +6O2 (g) =4CO2 (g) +4H2O (g) ΔH =-2542.6kJ·mol-1

    副反应②: 2C4H6 (g) +11O2 (g) =8CO2 (g) +6H2O (g) ΔH2= -4886.6kJ·mol-1

    (1)、丁烯氧化脱氢制丁二烯反应的 ΔH =
    (2)、在钼系催化剂作用下,某恒压密闭容器中通入一定量的丁烯和氧气发生反应: 2C4H8 (g) +O2 (g) 2C4H6(g) +2H2O (g),分别测得温度和氧烯比(氧气和丁烯的物质的量之比)对丁烯的转化率和丁二烯选择性的影响如下图所示:

    氧烯比固定,温度升高,丁烯单位时间内转化率先增大后无明显变化的原因是; 丁

    丁二烯最佳的温度和氧烯比分别为

    (3)、400℃时,在体积为1L的恒容密闭容器中充入1mol C4H8和1mol O2发生丁烯氧化脱氢制丁二烯反应和副反应①和②,测得此时容器的压强为P0 , 平衡时容器内的压强为1.2P0 , C4H8的转化率为70%,丁二烯的选择性为90%,则平衡后C4H6 (g)的体积分数为 , 丁烯氧化脱氢制丁二烯反应的平衡常数K=
    (4)、钼系催化剂上C4H8燃烧反应的速率方程为v (C4H8) =k·px (C4H8) ·Py (O2)。为确定x和y,通过实验获得如图3数据,则: x和y分别为
    (5)、一种以C4H8为主要原料的电池工作原理如图4所示。B上的电极反应式为
  • 15. 氨是工农业生产中的重要原料,研究氨的合成和转化是一项重要的科研课题。回答下列问题:
    (1)、已知:工业合成氨合成塔中每产生2molNH3 , 放出92.2kJ热量,

    则1molN-H键断裂吸收的能量为kJ。

    (2)、在密闭容器中合成氨气,有利于加快反应速率且能提高H2转化率的措施是____(填字母)
    A、升高反应温度 B、增大反应的压强 C、及时移走生成的NH3 D、增加H2的物质的量
    (3)、将0.6molN2和0.8molH2充入恒容密闭容器中,在不同温度下,平衡时NH3的体积分数随压强变化的曲线如图。

    甲、乙、丙中温度从高到低的顺序是。d点N2的转化率是 , d点Kp=(Kp是以平衡分压表示的平衡常数,平衡分压=平衡时各组分的物质的量分数×总压)。

    (4)、催化氧化法消除NO反应原理为:6NO+4NH3__Δ5N2+6H2O。不同温度条件下,氨气与一氧化氮的物质的量之比为2:1时,得到NO脱除率曲线如图甲所示。脱除NO的最佳温度是。在温度超过1000℃时NO脱除率骤然下降的原因可能是

    (5)、研究发现NH3与NO的反应历程如图乙所示。下列说法正确的是____(填字母)。

    A、该反应历程中形成了非极性键和极性键 B、每生成2molN2 , 转移的电子总数为8NA C、Fe2+能降低总反应的活化能,提高反应速率 D、该反应历程中存在:NO+Fe2+-NH2=Fe2++N2↑+H2O
  • 16. 近年,甲醇的制取与应用在全球引发了关于“甲醇经济”的广泛探讨。二氧化碳加氢制甲醇已经成为研究热点,在某CO2催化加氢制CH3OH的反应体系中,发生的主要反应如下:

    Ⅰ. CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)ΔH1<0

    Ⅱ. CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)ΔH2>0

    回答下列问题:

    (1)、下列能说明反应Ⅰ一定达到平衡状态的是____(填标号)。
    A、v(CO2)=3v(H2) B、平衡常数不再发生变化 C、混合气体的密度不再发生变化 D、混合气体中H2O(g)的百分含量保持不变
    (2)、CO2在催化剂作用下,将平均相对分子质量为16的CO2H2的混合气体充入一恒容密闭容器中发生反应Ⅰ、Ⅱ,已知反应Ⅱ的反应速率v=kx(CO2)x(H2)v=kx(CO)x(H2O)kk为速率常数,x为物质的量分数。

    ①当CO2转化率达到60%时,反应达到平衡状态,这时CO2H2的平均相对分子质量为23,若反应Ⅱ的k=20 molL-1s-1 , 平衡时反应速率v=molL-1s-1

    Arrhenius经验公式为Rlnk=-EaT+C , 其中Ea为活化能,T为热力学温度,k为速率常数,R和C为常数,则ΔH2=kJmol-1 (用含kk、T、R的代数式表示)。

    ③由实验测得,随着温度的逐渐升高,反应Ⅰ为主反应,平衡逆向移动平衡时混合气体的平均相对分子质量几乎又变回16,原因是

    (3)、其他条件相同时,反应温度对CH3OH选择性的影响如图所示:

    由图可知,温度相同时CH3OH选择性的实验值略高于其平衡值,可能的原因是

    (4)、利用甲醇分解制取烯烃,涉及反应如下。

    a. 2CH3OH(g)=C2H4(g)+2H2O(g)

    b. 3CH3OH(g)=C3H6(g)+3H2O(g)

    c. 3C2H4(g)2C3H6(g)

    恒压条件下,平衡体系中各物质的量分数随温度变化如图所示:

    已知650K时,2x(C2H4)=x(C3H6) , 平衡体系总压强为P,则650K反应c的平衡常数Kp=

  • 17. “O3氧化法”和“光催化氧化法”常用于烟气脱硫、脱硝,对环境保护意义重大。回答下列问题:
    (1)、Ⅰ.O3氧化法

    O3氧化烟气中的SO2时,体系中存在以下反应:

    a)SO2(g)+O3(g)SO3(g)+O2(g)     ΔH1

    b)2O3(g)3O2(g)    ΔH2=286.6kJmol1

    c)2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)    ΔH3=196.6kJmol1

    根据盖斯定律,ΔH1=

    (2)、在密闭容器中充入1molN2O41molO3 , 发生以下反应:

    d)N2O4(g)2NO2(g)    ΔH4=+57kJmol1

    e)N2O4(g)+O3(g)N2O5(g)+O2(g)    ΔH5

    不同压强(p)下,N2O4的平衡转化率α(N2O4)随反应温度(T)的变化关系如下图所示:

    ①由图可知,ΔH50(填“大于”或“小于”下同),p1p2

    ②下列有关该反应体系的说法正确的是(填标号)。

    A.恒压下,混合气体的密度保持不变时,说明反应体系已达到平衡

    B.任意时刻,存在n(NO2)+n(N2O4)+n(N2O5)<1mol

    C.恒容下,升高温度,该体系中气体颜色变浅

    D.恒容下,增大N2O4的浓度,反应d、e的正反应速率均增大

    ③某温度下,平衡时N2O4的物质的量分数为13 , 且NO2O2的物质的量分数相等,此时n(O2)=mol。

    (3)、Ⅱ.光催化氧化法

    光照条件下,催化剂TiO2表面产生电子(e)和空穴(h+)。电子与O2作用生成离子自由基(·O2),空穴与水电离出的OH作用生成羟基自由基(·OH),·O2·OH分别与NO反应生成NO3。变化过程如下图所示:

    一定范围内,NO脱除速率随烟气湿度的增大而增大,结合催化剂的作用机理,分析可能的原因

    (4)、已知该过程中生成的HNO2可继续与·OH发生反应:HNO2+2OH=H++NO3+H2O;该反应可分两步进行,请补充反应ⅰ:

    ⅰ.

    ⅱ.NO2+·OH=H++NO3

    (5)、理论上“光催化氧化法”中,消耗的OH与生成的NO3的物质的量之比为
  • 18. 工业上常用甲烷和水蒸气催化重整制备H2 , 该工艺同时发生如下反应:

    反应Ⅰ:CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) ΔH1

    反应Ⅱ:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH2

    (1)、反应Ⅰ和反应Ⅱ以物质的量分数表示的平衡常数Kx与温度T变化关系如图甲所示,则ΔH1-ΔH20(填“>”“<”或“=”)。

    (2)、恒容密闭容器中,按质量比为8:9加入CH4和H2O,下列说法正确的是____。
    A、达平衡时,CH4和H2O的转化率相等 B、反应Ⅰ在低温时容易自发进行 C、当压强不再发生改变时,反应Ⅰ和反应Ⅱ均达到了平衡 D、单位时间内,若有2molH-O键断裂,同时有3molH-H键断裂,则反应Ⅰ处于平衡状态
    (3)、某科研小组研究了反应I的动力学,获得其速率方程v=k·cm(CH4)·cn(H2O),k为速率常数(只受温度影响),反应级数是反应的速率方程式中各反应物浓度的指数之和。在某温度下进行实验,测得各组分初始浓度和反应初始速率如下:

    实验序号

    1

    2

    3

    CH4浓度/mol·L-1

    0.1000

    0.2000

    0.2000

    H2O浓度/mol·L-1

    0.1000

    0.1000

    0.2000

    速率/mol·L-1·s-1

    3.75×10-4

    1.50×10-3

    3.00×10-3

    若某时刻,测得c(CH4)=0.4000mol·L-1 , c(H2O)=0.4000mol·L-1 , 则此时的反应速率v=

    (4)、在2.4MPa下,将CH4和H2O(g)按照1:3的比例通入反应器中。平衡时各组分的物质的量分数与温度的关系如图乙所示。

    ①600℃时,若经过tmin,反应达到平衡。该条件下,反应I的Kp=(MPa)2(列出计算式即可)。

    ②H2的含量在740℃左右出现峰值的原因为

    (5)、某工厂用电解原理除去H2中的杂质CH4、CO和CO2 , 其装置如图丙所示:

    ①CH4参与的电极反应为

    ②经测定,原料气中各气体的体积分数为:

    气体

    H2

    CH4

    CO

    CO2

    体积分数

    82%

    3%

    5%

    10%

    若电解过程中消耗了100m3的原料气,则可得到相同条件下纯净H2m3

  • 19. 加深对含氮氧化物的研究,有利于为环境污染提供有效决策。回答下列问题:
    (1)、已知:2NO(g) +O2(g)2NO2(g) ΔH1=-114 kJ·mol-1

    C(s)+O2(g)CO2(g) ΔH2= - 393.5 kJ·mol-1

    2NO(g)N2(g)+O2(g) ΔH3=-181 kJ·mol -1

    C(s)与NO2(g)反应生成N2(g)和CO2(g)的热化学方程式为;关于该可逆反应,改变下列条件,一段时间后,正反应速率增大的是 (填字母)。

    A.恒温下,缩小反应容器体积

    B.恒容下,降低反应温度

    C.恒温恒容下,通入一定量的N2

    D.恒温恒容下,将CO2移出容器

    (2)、T ℃时,存在如下平衡:2NO2(g)N2O4(g)。该反应正、逆反应速率与NO2、N2O4的浓度关系为:v= kc2 (NO2),v=kc(N2O4) (k、k为速率常数,仅与温度有关),且lg v~lg c(NO2)与lg v~lg c(N2O4)的关系如图所示。

    ①表示v的直线是 (填“A”或“B")。

    ②T ℃时,该反应的平衡常数K=

    ③T ℃时,向刚性容器中充入一定量NO2 , 平衡后测得c(NO2)为0.1 mol·L-1 , 平衡时NO2的转化率为(保留一位小数)。平衡后v=(用含a的表达式表示)。

    ④上题③中的反应达到平衡后,其他条件不变,继续通定量入一的NO2 , NO2的平衡浓度将 (填“增大”“减小”或“不变”)。

    (3)、为减少汽车尾气中NOx的排放,某研究小组在实验室以耐高温催化剂催化NO转化为N2 , 测得NO转化为N2的转化率随温度变化情况如图所示。结合(1)中的反应,若不使用CO,温度超过775K,发现NO转化为N2的转化率降低,其可能的原因是;用平衡移动原理解释加入CO后,NO转化为N2的转化率增大的原因:。 

  • 20. CO2与CH4均是温室气体,CO2与CH4催化重整受到越来越多的关注,它是有效应对全球气候变化的重要方法。
    (1)、CO2与CH4经催化重整可制得合成气CO和H2 , 其反应原理为CO2(g)+CH4(g)2CO(g)+2H2(g) ΔH=+120kJ·mol-1

    ①该反应在一定温度下能自发进行的原因为

    ②已知键能是指气态分子中1mol化学键解离成气态原子所吸收的能量,上述反应中相关的化学键键能数据如下:

    化学键

    C-H     

    C≡O     

    H-H     

    键能/(kJ·mol-1)

    413

    1075

    436

    则CO2(g)=C(g)+2O(g) ΔH=kJ·mol-1

    (2)、 催化重整涉及的反应如下:

    i.CH4(g)+CO2(g)2H2(g)+2CO(g)

    ii.H2(g)+CO2(g)H2O(g)+CO(g) ΔH=+41.2kJ·mol-1

    若在恒温、恒容密闭容器中进行反应i、ii,下列事实能说明上述反应达到平衡状态的是____ (填字母)。

    A、相同时间内形成C-H键和H-H键的数目之比为2:1 B、体系内n(H2)/n(CO)保持不变 C、体系内各物质的浓度保持不变 D、体系内混合气体的密度保持不变
    (3)、在总压为24p0的恒压密闭容器中,起始时通入n(CH4):n(CO2)=1:1的混合气体,在一定温度下发生反应i、ii,测得CH4、CO2的平衡转化率分别为20%和40%。

    ①平衡时容器的体积是起始时的倍。

    ②该温度下反应i的压强平衡常数Kp=p02(Kp为用分压表示的平衡常数,分压=总压×物质的量分数)。

    ③维持其他因素不变,若向平衡体系中通入一定量的N2(N2不参与反应),再次平衡后CH4的转化率 (填“增大”“减小”“不变”或“无法判断”,下同),c3(H2)c(CO)c(CH4)c(H2O)

    (4)、光催化甲烷重整技术也是研究热点。以Rh/SrTiO3为光催化剂,光照时,价带失去电子并产生空穴(h+ , 具有强氧化性),CO2在导带获得电子生成CO和O2- , 价带上CH4直接转化为CO和H2 , 反应机理如图所示:

    在Rh表面,每生成1molCO,则价带产生的空穴(h+)数为NA;价带上的电极反应式可表示为

  • 21. 氨是化肥工业和有机化工的主要原料,历史上在合成氨的理论可行性、工业化及机理等方面的研究上产生过三位诺贝尔奖得主。回答下列问题:
    (1)、科学家基于不同的催化体系提出了相应的反应机理。

    ①基于铁催化体系(添加了氧化铝和氧化钾)的反应机理及能量变化如图所示,据此计算反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的ΔΗ=

    ②中科院大连化学物理研究所科研团队构筑了“过渡金属—LiH”双活性中心催化体系,显著提高了传统金属催化剂在温和条件下的合成氨性能,其反应过程分为以下三步(*表示催化剂的活性位点),据此写出Ⅱ的化学方程式。

    I.N2+2*=2N*;Ⅱ.;Ⅲ.[LiNH]+32H2=LiH+NH3

    (2)、研究表明,反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)在不同压强(p)和氮氢比[n(N2)n(H2)]下,平衡体系中氨的体积分数[φ(NH3)]随温度(T)的变化曲线如图所示。

    ①a点对应的转化率:α(N2)α(H2)(填“>”“<”或“=”,下同);p2p3

    ②c点对应的φc(NH3)小于a点对应的φa(NH3) , 解释其原因为

    ③a、b、e三点对应的压强平衡常数(KaKbKc)的大小关系为;a点对应的压强平衡常数Kp=(用体系中各气体的分压来表示,分压=总压×物质的量分数)

    (3)、合成氨动力学研究表明,反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)达到平衡时,正反应的速率方程为v=kp(N2)p1.5(H2)p1(NH3)。已知:Kp=kkkk为速率常数。据此计算,v=kpα(N2)pβ(H2)pγ(NH3)中β=;γ=
  • 22. 二氧化碳是地球上取之不尽用之不竭的碳源,捕集、利用二氧化碳始终是科学研究的热点,回答下列问题:
    (1)、I.乙醇胺(HOCH2CH2NH2)是重要的吸收剂,其吸收CO2的原理可能如下:

    乙醇胺A(C3H7NO3)B[(C3H6NO3)]+C[(C2H8NO)+]

    CO2的电子式为

    (2)、已知A能够水解,且1mol A能与2mol Na发生反应。反应①的化学方程式为
    (3)、用一定浓度的乙醇胺溶液吸收模拟烟气中的CO2 , 将烟气流量分别定为2L/min6L/min8L/min进行吸收实验,CO2脱除率随时间变化如图1所示,相同时间内CO2脱除率随气流增大而降低的原因是

    (4)、II.CO2制取C的太阳能工艺如图2所示。

     “重整系统”发生反应的化学反应方程式为

    (5)、III.探究利用CO2合成CH3OH的相关反应有:

    CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)  ΔH1

    CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)ΔH2

    已知键能如表所示:

    化学键

    C=O

    C-O

    H-H

    C-H

    C-C

    H-O

    键能

    745

    351

    436

    414

    347

    460

    ΔH2=

    (6)、一定条件下,向VL体积的恒容密闭容器中通入1mol CO23mol H2发生上述反应,达到平衡时,容器中CH3OH(g)amolCO(g)b mol , 反应①的平衡常数K=(用含a、b、V的代数式表示)。
    (7)、IV.利用1-氨基吡啶硝酸盐在电化学条件下,可以实现直接从空气中捕获与再释放CO2。原理如图3所示。

    通电时,阳极有机产物是(填结构简式)。

  • 23. 能源的合理开发和利用,低碳减排是人类正在努力解决的大问题。2023 年2月21日,中国气候变化特使谢振华获得首届诺贝尔可持续发展特别贡献奖,以表彰他在全球生态保护中做出的贡献
    (1)、在298K、100kPa时,已知:

    C(s,石墨) +O2(g)=CO2(g) ΔH1= -393.5 kJ·mol-1

    H2(g) +12O2(g)=H2O(1) ΔH2= -285.8 kJ· mol-1

    2C2H2(g) +5O2 (g)= 4CO2(g) +2H2O(1) ΔH3= -2599.0 kJ·mol-1

    在298K时由C(s,石墨)和H2(g)反应生成1 mol C2H2(g) 的热化学方程式为

    (2)、在固相催化剂作用下CO2加氢合成甲烷过程中发生以下两个反应:

    主反应:CO2(g) +4H2(g) CH4(g) +2H2O(g) ΔH1=-156.9kJ· mol-1

    副反应:CO2(g) +H2(g) CO(g) + H2O(g) ΔH2= +41.1 kJ·mol -1

    工业合成甲烷通常控制温度为500℃左右,其主要原因为

    (3)、向密闭容器中充入一定量的CH4(g)和NO(g) ,保持总压为100kPa发生反应:

    CH4(g) +4NO(g) 2N2(g) +CO2(g) +2H2O(g) ΔH <0。

    n(NO)n(CH4)=1时,NO的平衡转化率~1T;T2时NO平衡转化率~n(NO)n(CH4)的关系如图

    ①能表示此反应已经达到平衡的是

    A.气体总体积保持不变

    B.混合气体的平均相对分子质量保持不变

    C. n(NO)n(N2)不再变化

    ②表示T2时NO平衡转化率~n(NO)n(CH4)的关系是(填“I”或“II”),T1T2(填“>”或“<”)。

    ③在n(NO)n(CH4)=1、T2时,CH4的平衡分压为 。已知:该反应的标准平衡常数 Kθ=p(CO2)p[p(N2)pθ][p(H2O)pθ][p(NO)pθ]4p(CH4)pθ2 , 其中pθ=100 kPa,p(CH4)、p(NO)、p(CO)2、 p(N2)和p( H2O)为各组分的平衡分压,则该温度下Kθ =。(分压=总压 ×物质的量分数。计算结果用分数表示)。

  • 24. 全球大气CO2浓度升高对人类生产、生活产生了影响,碳及其化合物的资源化利用成为研究热点。回答下列问题:
    (1)、已知25℃时,大气中的CO2溶于水存在以下过程

    ①CO2(g)CO2(aq)

    ②CO2(aq)+H2O(1)H+(ag)+HCO3(aq)    K

    过程①的ΔH0(填“>”“<”或“=”)。溶液中CO2的浓度与其在大气中的分压(分压=总压×物质的量分数)成正比,比例系数为ymol·L-1·kPa-1。当大气压强为pkPa,大气中CO2(g)的物质的量分数为x时,溶液中H+的浓度为mol·L-1(忽略HCO3和水的电离)。

    (2)、焦炭与水蒸气可在高温下反应制H2

    反应I:C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) ΔH1=+131.3kJ·mol-1 K1

    反应II:C(s)+2H2O(g)CO2(g)+2H2(g) ΔH2=+90.3kJ·mol-1 K2

    反应III:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH3=-41.0kJ·mol-1 K3

    上述反应的化学平衡常数随温度变化的关系如图所示,表示K1、K2、K3的曲线分别是c、

    ②研究表明,反应III的速率方程为v=k[x(CO)·x(H2O)-x(CO2)x(H2)Kp],x表示相应气体的物质的量分数,Kp为平衡常数(用平衡分压代替平衡浓度计算),k为反应的速率常数,随温度升高而增大。在气体物质的量分数和催化剂一定的情况下,反应速率随温度的变化如图所示。根据速率方程分析T>Tm时,v逐渐下降的原因是

    (3)、甲烷干法重整制H2同时存在如下反应:

    主反应:CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g) ΔH1

    副反应:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH2

    温度为T℃,压强为p0的恒压密闭容器中,通入2molCH4和1molCO2发生上述反应。平衡时H2O(g)的分压为p1 , 甲烷的转化率为40%。

    ①下列说法正确的是(填标号)

    A.ΔH1和ΔH2不变,说明反应达到平衡状态

    B.相同条件下,主反应的速率大于副反应,说明主反应的活化能小

    C.选用合适的催化剂可以提高主反应的选择性,增大甲烷的平衡转化率

    D.平衡后,若增大压强,主反应平衡逆向移动,副反应平衡不移动

    ②平衡时混合气体的总物质的量为mol,H2(g)的分压是(用含p0和p1的计算式表示)。

    (4)、甲醇燃料电池中,吸附在催化剂表面的甲醇分子逐步脱氢得到CO,四步可能脱氢产物及其相对能量如图,则最可行途径为a→(用b-j等代号表示)。

  • 25. MnCeTiOx常用作脱硝催化剂,采用共沉淀法等比掺入金属M后,催化剂M0.15MnCeTiOx的脱硝性能及抗硫中毒性能会发生改变。烟气脱硝主要副产物为N2O , 主反应如下:

    反应I:4NH3(g)+6NO(g)5N2(g)+6H2O(g)H1=akJ/mol

    反应II:4NH3(g)+4NO(g)+O2(g)4N2(g)+6H2O(g)H2=-1657.5kJ/mol

    (1)、已知:N2(g)+O2(g)2NO(g)H=+180.5kJ/mol。则a=
    (2)、某条件下对于反应I,v=kca(NH3)cb(NO)v=kca(N2)cd(H2O) , k、k为速率常数。升高温度时,k增大m倍,k增大n倍,则m n(填“>”“<”或“=”)。
    (3)、将模拟烟气按一定流速通到催化剂表面,不同温度下气体出口处测定相关物质浓度,得出NO的转化率、N2的选择性、N2O的生成量随温度变化关系如下图。

    ①选择Cu0.15MnCeTiOx时,温度高于260℃时NO转化率下降的原因为

    ②综合分析,该脱硝过程应选择的最佳催化剂中M为

    ③选用合适的催化剂还能抑制催化剂表面出现NH4HSO4结晶现象,结晶会导致

    (4)、273℃,P0kPa下,向恒温恒压密闭的容器中(假设仅发生反应I、II)通入4molNH3、4molNO、2molO2。

    ①下列选项不能说明反应I、Ⅱ均达到化学平衡状态的是

    A.混合气体的平均摩尔质量保持不变        B.n(NH3)∶n(NO)保持不变

    C.有1molN-H键断裂的同时,有1molNN键断裂    D.NO的分压保持不变

    ②达到平衡后测定O2转化率为30%,体系中NH3为1.2mol。则NO的转化率为 , 反应I的Kp=(写出计算式即可)(分压=总压×物质的量分数)。

  • 26. 减少CO2排放并实现CO2的有效转化已成为科研工作者的研究热点。根据以下几种常见的CO2转化方法,回答下列问题:

    (1)、I.研究表明,利用如图所示的原理,可以将CO2转化为炭黑。

    该过程的能量转化形式为 , 在整个过程中, FeO 的作用是

    (2)、已知:①2Fe3O4(s)=6FeO(s)+O2(g) ΔH1=akJmol

    ②C(s)+O2(g)=CO2(g) ΔH2=bkJ/mol

    则过程1的热化学方程式为

    II.以氧化铟(In2O3)作催化剂,采用“CO2催化加氢制甲醇”方法将CO2资源化利用。反应历程如下:

    i.催化剂活化: In2O3( 无活性) In2O3-x(有活性) ;

    ii.CO2与H2在活化的催化剂表面同时发生如下反应:

    反应①: CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH3主反应

    反应②: CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH4副反应

    (3)、某温度下,在恒容密闭反应器中,下列能说明反应①达到平衡状态的是____ (填编号 )。
    A、混合气体的密度不再变化 B、CH3OH的分压保持不变 C、v(H2):v(CH3OH)=3:1 D、CO2、H2、CH3OH和H2O的浓度之比为1:3:1:1
    (4)、增大CO2和H2混合气体的流速,可减少产物中H2O(g) 的积累,从而减少催化剂的失活,请用化学方程式表示催化剂失活的原因:
    (5)、ii中反应①、②的lnK(K代表化学平衡常数)随 1T×103 (T代表温度)的变化如图所示。

    a.升高温度,反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)的化学平衡常数K (填“增大” “减小”或“不变”)。

    b.恒温恒压密闭容器中,加入2molCO2和4molH2 , 只发生反应①和反应②,初始压强为P0。 在230℃以上,升高温度,CO2 的平衡转化率增大,但甲醇的产率降低,可能原因是 。在300℃发生反应,反应达到平衡时,CO2的转化率为50%,容器体积减小20%,则反应②用平衡分压表示的平衡常数Kp= ( 保留两位有效数字)。

  • 27.               
    (1)、Ⅰ.科学家对汽车尾气进行无害化处理反应为:2CO + 2NO2CO2 + N2。一定条件下,在1L密闭容器中充入2.00mol CO和2.00mol NO,一段时间后测得CO、CO2浓度随时间变化如图1所示,CO的平衡转化率与温度、起始投料比m的关系如图2所示,图中起始投料比m=n(NO)n(CO) , 完成问题:

    该反应的化学平衡常数表达式是。根据图1,用N2表示该反应达平衡过程中的平均反应速率是mol/(L·min)。

    (2)、已知:反应2CO(g) + 2NO(g)2CO2(g) + N2(g)中,每生成14克N2时放出373.23kJ热量,试写出上述反应的热化学方程式:
    (3)、该反应的正反应是反应(填“吸热”或“放热”)。图2中a、b、c三点对应的平衡常数Ka、Kb、Kc相对大小关系是
    (4)、写出一条结论,可表明该反应已经达到平衡状态
    (5)、下列关于该可逆反应的说法错误的是(单选题)

    a.其他条件不变,若充入N2 , 达到新平衡时,VV均增大

    b.加入催化剂可提高NO的平衡转化率

    c.若适当增大压强,则平衡正向移动

    d.其他条件不变,若容器体积扩大一倍,达到新平衡时,c(N2)小于原来的一半

    (6)、Ⅱ.研究表明:在使用等质量催化剂时,增大催化剂比表面积可提高化学反应速率。为了验证催化剂比表面积对反应速率的影响规律,在温度为T0时,某同学设计了以下实验:

    实验编号

    T(K)

    NO的初始浓(molL1)

    CO的初始浓度 (molL1)

    催化剂的比表面积 (m2g1)

    I

    T0

    1.20×103

    3.80×103

    75

    II

    T0

    1.20×103

    3.80×103

    50

    在图3中画出表中实验II条件下混合气体中NO的浓度随时间变化的曲线。

  • 28. 氢气是一种清洁能源,氢气的制取与储存是氢能源利用领域的研究热点。
    (1)、Ⅰ.制取氢气

    甲醇和水蒸气制取氢气的过程中有下列反应:

    CH3OH(g)CO(g)+2H2(g)  ΔH=+91 kJ·mol1

    CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)  ΔH=41 kJ·mol1

    写出以甲醇为原料制取氢气的热化学方程式

    (2)、理论上,能提高H2平衡产率的措施有(写出一条即可)。
    (3)、Ⅱ.储存氢气

    硼氢化钠(NaBH4)是研究最广泛的储氢材料之一

    已知:

    i.B的电负性为2.0,H的电负性为2.1

    ii.25℃下NaBH4在水中的溶解度为55 g,NaBO2在水中的溶解度为0.28 g

    在配制NaBH4溶液时,为了防止发生水解反应,可以加入少量的(填写化学式)。

    (4)、向NaBH4水溶液中加入催化剂Ru/NGR后,能够迅速反应,生成偏硼酸钠(NaBO2)和氢气。写出该反应的化学方程式
    (5)、在研究浓度对催化剂Ru/NGR活性的影响时,发现B点后(见图1)增加NaBH4的浓度,制氢速率反而下降,推断可能的原因是

    (6)、用惰性电极电解NaBO2溶液可制得NaBH4 , 实现物质的循环使用,制备装置如图2所示。

    ①钛电极的电极反应式是

    ②电解过程中,阴极区溶液pH(填“增大”“减小”或“不变”)

  • 29. 我国力争2030年前实现碳达峰,2060年前实现碳中和。CO2的综合利用是实现碳中和的措施之一。
    (1)、生产尿素:

    ①尿素的合成分两步进行:

    a.2NH3(g)+CO2(g)NH2COONH4(l)    ΔH=117kJmol1

    b.NH2COONH4(l)CO(NH2)2(l)+H2O(l)    ΔH=+15kJmol1

    则总反应2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(l)+H2O(l)的ΔH=

    ②如图为n(NH3)n(CO2)=41时,温度对CO2的转化率的影响。解释温度升高CO2的平衡转化率增大的原因:

    (2)、已知制备甲醇的有关化学反应如下:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)

    ①甲醇还可以与乙酸反应制香料,反应方程式为CH3OH(l)+CH3COOH(l)CH3COOCH3(l)+H2O(l) , 制香料反应的平衡常数K的表达式为

    ②850℃时,反应CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)的平衡常数K=160,在密闭容器中进行该反应,开始时只加入CO2H2 , 反应10min后测得各组分的浓度如下表。比较正、逆反应的速率的大小:v(正) v(逆)(填“>”“<”或“=”)。

    物质

    H2

    CO2

    CH3OH

    H2O

    浓度/(molL1)

    0.2

    0.2

    0.4

    0.4

    (3)、一定温度下,在体积为2L的恒容密闭容器中加入4mol CO(g)和4mol N2O(g)发生反应CO(g)+N2O(g)CO2(g)+N2(g) , 测得CO(g)和CO2(g)的物质的量随时间的变化如图所示:

    ①从反应开始至达到化学平衡时,以CO2表示的平均化学反应速率为molL1min1

    ②若该反应的正、逆反应速率分别可表示为v=kc(CO)c(N2O)v=kc(CO2)c(N2)kk分别为正、逆反应速率常数, A、B两点对应的时刻,该反应的正反应速率之比vAvB=

    ③若平衡时总压强为pkPa,用平衡分压代替其平衡浓度表示的化学平衡常数Kp= [已知:气体分压(p)=气体总压(p)×该气体的体积分数]。

  • 30. 运用化学反应原理研究合成氨反应有重要意义。请回答下列问题,
    (1)、生成氢气:将水蒸气通过红热的炭即产生水煤气。C(s)+H2O(g)⇌H2(g)+CO(g)    ΔH= +131.3 kJ·mol-1 , ΔS = +133.7 J·mol-1·K-1 ,该反应在低温下(“能”或“不能”)自发进行。
    (2)、已知在T ℃时,反应N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)的平衡常数K = 0.5,相关化学键键能数据如表:

    化学键

    N≡N

    H-H

    N-H

    键能/(kJ·mol-1)

    946

    436

    390.8

    ①T℃时, 2NH3(g)⇌N2(g)+3H2(g)的ΔH =。 

    ②T℃时,在1L密闭容器中进行合成氨反应,一段时间后,测得N2、H2、NH3的物质的量分别为4 mol 、2 mol 、4 mol,则此时反应v(N2)v(N2)(填“>”“<”“=”或“不能确定” )。

    (3)、近期,我国科学家为了解决合成氨反应速率和平衡产率的矛盾,选择使用Fe-TiO2-xHy双催化剂,通过光辐射产生温差(如体系温度为495℃时,Fe的温度为547℃,而TiO2-xHy的温度为415℃)。结合图示解释该双催化剂的工作原理

    (4)、已知合成氨反应的速率方程为:v= kcα(N2)cβ( H2)c-1(NH3) ,k为反应速率常数。在合成氨过程中,需要不断分离出氨,该操作的目的是
    (5)、以氨为原料生产尿素的方程式为2NH3(g)+CO2(g)⇌CO(NH2)2(1)+H2O(g)。

    ①为进一步提高NH3的平衡转化率,下列措施能达到目的的是(填字母)。 

    A.增大CO2的浓度            B.增大压强

    C.及时转移生成的尿素        D.使用更高效的催化剂

    ②尿素的合成分两步进行:

    a.2NH3(g)+CO2(g)⇌NH2COONH4 (1) ΔH =-117 kJ/mol

    b.NH2COONH4(1)⇌CO(NH2)2(1)+H2O(g)   ΔH = +15 kJ/mol,

    第一步反应速率快,可判断活化能较大的是 (填“第一步”或“第二步”)。

    ③某实验小组为了模拟工业合成尿素,在恒温恒容的真空密闭容器中充入一定量的CO2和NH3发生反应: 2NH3(g)+CO2(g)⇌CO(NH2)2(1)+H2O(g),反应过程中NH3的体积分数如图所示。实验测得体系平衡时的压强为10MPa,计算该反应的平衡常数(MPa)-2(已知:分压=总压 ×体积分数)。