【題目】隨著石油資源的日益枯竭,天然氣的廾發(fā)利用越來(lái)越受到重視。CH4/CO2催化重整制備合成氣(COH2)是溫室氣體CO2CH4資源化利用的重要途徑之一,并受了國(guó)內(nèi)外研究人員的高度重視;卮鹣铝袉(wèn)題:

1)已知:①CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) H1=+205.9 kJ·mol1

CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) H2=41.2 kJ·mol1

CH4/CO2催化重整反應(yīng)為CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g) H

該催化重整反應(yīng)的H=______kJ·mol1。要縮短該反應(yīng)達(dá)到平衡的時(shí)間并提高H2的產(chǎn)率可采取的措施為_____。

2)向2L剛性密閉容器中充入2molCH42mol CO2進(jìn)行催化重整反應(yīng),不同溫度下平衡體系中CH4CO的體積分?jǐn)?shù)()隨溫度變化如下表所示。

已知b>a>c,則T1______T2(“>”“<”“=”)。T1下該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=_______(mol2·L2)

3)實(shí)驗(yàn)硏究表明,載體對(duì)催化劑性能起著極為重要的作用,在壓強(qiáng)0.03MPa,溫度750℃條件下,載體對(duì)鎳基催化劑性能的影響相關(guān)數(shù)據(jù)如下表:

由上表判斷,應(yīng)選擇載體為_______(填化學(xué)式),理由是________。

4)現(xiàn)有溫度相同的I、Ⅱ、Ⅲ三個(gè)恒壓密閉容器,均充入2mol CH4(g)2 molCO2(g)進(jìn)行反應(yīng),三個(gè)容器的反應(yīng)壓強(qiáng)分別為p1atm、p2atm、p3atm,在其他條件相同的情況下,反應(yīng)均進(jìn)行到tmin時(shí),CO2的體積分?jǐn)?shù)如圖所示,此時(shí)I、Ⅱ、Ⅲ個(gè)容器中一定處于化學(xué)平衡狀態(tài)的是_______。

5)利用合成氣為原料合成甲醇,其反應(yīng)為CO(g)+2H2(g)CH3OH(g),在一定溫度下查得該反應(yīng)的相關(guān)數(shù)據(jù)如下表所示:

該反應(yīng)速率的通式為ν=kcm(CO)·cn(H2)(k是與溫度有關(guān)的速率常數(shù))。由表中數(shù)據(jù)可確定反應(yīng)速率的通式中n=____(取正整數(shù))。若該溫度下平衡時(shí)組別1的產(chǎn)率為25%,則組別1平衡時(shí)的v=______(保留1位小數(shù))。

【答案】+247.1 升高溫度 MgO 此條件下合成氣產(chǎn)率高 III 1 0.2mol/L·min

【解析】

1)依據(jù)蓋斯定律作答;

2CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)反應(yīng)吸熱,依據(jù)外因?qū)瘜W(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡的綜合影響來(lái)分析;結(jié)合表格數(shù)據(jù),依據(jù)升高溫度對(duì)物質(zhì)體積分?jǐn)?shù)的影響效果判斷溫度高低,再利用甲烷與CO的平衡體積分?jǐn)?shù)相等計(jì)算出轉(zhuǎn)化的甲烷的物質(zhì)的量,列出三段式,根據(jù)平衡常數(shù)的表達(dá)式計(jì)算解答;

3)依據(jù)表格數(shù)據(jù),選擇合成CO和氫氣量最多的物質(zhì)作為載體;

4)根據(jù)溫度和壓強(qiáng)對(duì)平衡的影響,結(jié)合平衡狀態(tài)的特征回答;

5)結(jié)合表格中三組數(shù)值,列出三個(gè)方程,解方程組即可求出n的值;再列出三段式,分別求出c(CO)c(H2)的值,帶入通式求得v。

1)①CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) H1=+205.9 kJ·mol1

CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) H2=41.2 kJ·mol1

-②可得到CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g),則根據(jù)蓋斯定律可知△H=+205.9 kJ·mol1-(41.2 kJ·mol1)= +247.1 kJ·mol1,因此該反應(yīng)為吸熱反應(yīng),要縮短該反應(yīng)達(dá)到平衡的時(shí)間并提高H2的產(chǎn)率可采取的措施為升高溫度,

故答案為:+247.1;升高溫度;

2)同一個(gè)物質(zhì)在不同的溫度下所占的體積分?jǐn)?shù)不同,因CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g) H=+247.1 kJ·mol1,該反應(yīng)為吸熱反應(yīng),則升高溫度則有利用平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng),導(dǎo)致CH4的體積分?jǐn)?shù)降低,CO的體積分?jǐn)?shù)升高。已知b>a>c,根據(jù)圖表信息可知,T1T2T1下該反應(yīng)的CH4CO的體積分?jǐn)?shù)均為a,則設(shè)CH4轉(zhuǎn)化濃度為x mol/L,

則根據(jù)T1下該反應(yīng)的CH4CO的體積分?jǐn)?shù)均為a易知,,解得x=,所以平衡常數(shù)

故答案為:<;;

3)從表中可以看出,MgO的原料轉(zhuǎn)化率較高,且合成氣的產(chǎn)率較高,所以選擇MgO作為載體,

故答案為:MgO;此條件下合成氣產(chǎn)率高;

4)由于不能確定容器Ⅱ中二氧化碳的體積分?jǐn)?shù)是否達(dá)到最小值,因此不能確定Ⅱ是否達(dá)到平衡狀態(tài),若未達(dá)平衡,壓強(qiáng)越高反應(yīng)逆向移動(dòng),相同時(shí)間內(nèi)二氧化碳的含量越高,p3時(shí),二氧化碳Ⅲ的含量比Ⅱ高,故Ⅲ到達(dá)平衡,

故答案為:III;

5)組別1c(CO)=0.24mol/L,c(H2) =0.48 mol/L,初始速率v=0.361 mol/L·min);則依據(jù)ν=kcm(CO)·cn(H2)可知,①0.361 mol/L·min=k×(0.24 mol/L)m×(0.48 mol/L)n;同理,根據(jù)表格數(shù)據(jù)可得②0.720 mol/L·min=k×(0.24 mol/L)m×(0.96 mol/L)n;③0.719 mol/L·min=k×(0.48 mol/L)m×(0.48 mol/L)n;則②/①可得2=2n,即n=1;③/①得2=2m,則m=1;帶入①得k=3.134 L /min·mol。若該溫度下平衡CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g),組別1的產(chǎn)率為25%,設(shè)轉(zhuǎn)化的CH4的物質(zhì)的量濃度為y mol/L,則

,則y=0.12,則c(CO)=2y=0.24mol/L,c(H2) =2y=0.24 mol/L,k是與溫度有關(guān)的速率常數(shù),保持不變,則依據(jù)給定公式可得ν=kc(CO)·c(H2)= 3.134 L /min·mol×0.24mol/L×0.24mol/L=0.1800.2 mol/L·min),

故答案為:10.2mol/L·min)。

練習(xí)冊(cè)系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:

【題目】某溫度下的水溶液中,c(H+)=10x mol/L,c(OH-)=10y mol/L。xy的關(guān)系如圖所示:

(1)該溫度下水的離子積為______。

(2)該溫度下0.01 mol/L NaOH溶液的pH____

(3)該溫度下,將pH=12NaOH溶液Va LpH=2H2SO4溶液Vb L混合,混合溶液呈中性,則Va﹕Vb=_______

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:

【題目】下列熱化學(xué)方程式正確的是

A.甲烷的燃燒熱為890.3 kJ·mol-1,則甲烷燃燒的熱化學(xué)方程式可表示為

CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-890.3 kJ·mol-1

B.500 ℃、30 MPa下,將0.5 mol N2和1.5 mol H2置于密閉容器中充分反應(yīng)生成NH3(g),放熱19.3 kJ,其熱化學(xué)方程式為N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-38.6 kJ·mol-1

C.已知在101 kPa下,1 g H2燃燒生成水蒸氣放出121 kJ熱量,其熱化學(xué)方程式為

H2(g)+O2(g)===H2O(g) ΔH=-242 kJ·mol-1

D.25 ℃,101 kPa時(shí),強(qiáng)酸與強(qiáng)堿的稀溶液發(fā)生中和反應(yīng)的中和熱為57.3 kJ·mol-1,表示硫酸與氫氧化鉀溶液反應(yīng)的中和熱的熱化學(xué)方程式為H2SO4(aq)+2KOH(aq)=K2SO4(aq)+2H2O(l) ΔH=-114.6 kJ·mol-1

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:

【題目】甲醇(CH3OH)是重要的溶劑和替代燃料,工業(yè)上用CO和H2在一定條件下制備CH3OH的反應(yīng)為:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g),在體積為1L的恒容密閉容器中,充入2mol CO和4mol H2,一定條件下發(fā)生上述反應(yīng),測(cè)得CO(g)和CH3OH(g)的濃度隨時(shí)間變化如圖所示。

①?gòu)姆磻?yīng)開(kāi)始到5min,用CO表示的平均反應(yīng)速率v(CO)=________。

②下列說(shuō)法正確的是____________(填字母序號(hào))。

A.達(dá)到平衡時(shí),H2的轉(zhuǎn)化率為65%

B.5min后容器中混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不再改變

C.達(dá)到平衡后,再充入氬氣,反應(yīng)速率減小

D.2min前v(正)>v(逆),2min后v(正)<v(逆)

(2)碳與水蒸氣反應(yīng)制取H2的相關(guān)反應(yīng)如下:

Ⅰ:C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) △H=+131.0kJ·mol1

Ⅱ:CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g) △H= 43kJ·mol1

Ⅲ:CaO(s)+CO2(g)=CaCO3(s) △H= 178.3kJ·mol1

①計(jì)算反應(yīng)ⅣC(s)+2H2O(g)+CaO(s)CaCO3(s)+2H2(g)的△H=_______kJ·mol1;若K1、K2、K3分別為反應(yīng)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的平衡常數(shù),則反應(yīng)Ⅳ平衡常數(shù)K=_____(用K1、K2、K3表示)。

②對(duì)于可逆反應(yīng)C(s)+2H2O(g)+CaO(s)CaCO3(s)+2H2(g),采取以下措施可以提高H2產(chǎn)率的是________。(填字母)

A.降低體系的溫度 B.壓縮容器的體積 C.增加CaO的量 D.選用適當(dāng)?shù)拇呋瘎?/span>

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:

【題目】已知H3PO4是一種三元中強(qiáng)酸。25℃時(shí),某濃度H3PO4溶液中逐滴加入NaOH溶液,滴加過(guò)程中各種含磷微粒的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)δ隨溶液pH的變化曲線如下圖所示。下列說(shuō)法正確的是

A. 曲線2和曲線4分別表示δ(HPO42-)δ(PO43)變化

B. 25℃時(shí),H3PO4的電離常數(shù)K1K2=105.1

C. pH=7.2時(shí),溶液中由水電離出的c(H+)=107.2mol/L

D. pH=12.3時(shí),溶液中2c(Na+)=5c(H2PO4)+5c(HPO42)+5c(PO43)+5c(H3PO4)

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:

【題目】肉桂酸D(β-苯基丙烯酸)用于制備化妝品、香皂的香精,乜可制造局部麻醉劑、殺菌劑、止血藥、植物生長(zhǎng)促進(jìn)劑、防腐劑、感光樹(shù)脂等。下列是肉桂酸D的合成與應(yīng)用的反應(yīng)路線:

已知:

1A的分子式是_______,A生成苯甲醇的反應(yīng)類(lèi)型是________。

2C的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式是_______,肉柱醛中的官能團(tuán)名稱(chēng)是________。

3E是一種合成香精的定香劑,已知E為反式結(jié)構(gòu),則其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為_______。

4)在G中共直線的原子共有_______個(gè),1molB轉(zhuǎn)化為C最多消耗_______mol NaOH

5)寫(xiě)出上圖中FNaOH醇溶液共熱時(shí)的化學(xué)方程式________。

6PE的同分異構(gòu)體,寫(xiě)出符合下列條件的P的鍵線式_______。

①有兩個(gè)相同的官能團(tuán);②能與新制氫氧化銅懸濁液作用產(chǎn)生磚紅色沉淀;③含有苯環(huán),核磁共振氫譜有三組面積之比為221的峰。

7)以乙醇為原料,設(shè)計(jì)制備高分子化合物的合成路線(用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式表示有機(jī)物,用箭頭表示轉(zhuǎn)化關(guān)系,箭頭上注明試劑和反應(yīng)條件,無(wú)機(jī)試劑任選)______

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:

【題目】下列說(shuō)法中正確的是(

A. 標(biāo)準(zhǔn)狀況下,18g水的體積約為 22.4L

B. 25℃,1.01×105Pa,64gSO2中含有的氧原子數(shù)為3NA

C. NA個(gè)一氧化碳分子和 0.5mol 甲烷的質(zhì)量比為 74

D. 同溫同壓下,相同體積的氣體單質(zhì)含有的原子數(shù)目不一定相等

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:

【題目】某課外活動(dòng)小組進(jìn)行Fe(OH)3膠體的制備實(shí)驗(yàn)并檢驗(yàn)其相關(guān)性質(zhì)。

(1)若向裝有飽和FeCl3溶液的燒杯中分別滴入下列物質(zhì)中,能形成膠體的是_______(填序號(hào))。

a.冷水 b.沸水 c.NaOH濃溶液 d.NaCl濃溶液

(2)寫(xiě)出制備Fe(OH)3膠體的化學(xué)方程式:_____________________

(3)用激光筆照射裝有Fe(OH)3膠體的燒杯,能在側(cè)面看到一條_________,這種現(xiàn)象稱(chēng)為丁達(dá)爾效應(yīng)

(4)Fe(OH)3膠體與Fe(OH)3沉淀的本質(zhì)區(qū)別是________(填序號(hào))。

a.分散質(zhì)粒子大小不同 b.顏色不同 c.后者不穩(wěn)定

(5)若向制得的膠體中再加入稀HCl,紅褐色分散系會(huì)被破壞,變?yōu)辄S色溶液,寫(xiě)出相關(guān)離子方程式 ____________________

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:

【題目】NA表示阿伏德羅常數(shù),下列敘述正確的是

A. 標(biāo)準(zhǔn)狀況下,22.4LH2O含有的分子數(shù)為1 NA

B. 常溫常壓下,16g O2含有的原子數(shù)為1 NA

C. 通常狀況下,1NA 個(gè)SO2分子占有的體積約為22.4L

D. 物質(zhì)的量濃度為0.5mol/LK2SO4溶液中,含有SO42個(gè)數(shù)為0.5 NA

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