【題目】“低碳經(jīng)濟(jì)”備受關(guān)注,CO2的捕捉、排集、利用成為科學(xué)家研究的重要課題。太空艙產(chǎn)生的 CO2用下列反應(yīng)捕捉,以實(shí)現(xiàn) O2的循環(huán)利用。
Sabatier 反應(yīng):CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)
水電解反應(yīng):2H2O(l)2H2(g)+O2(g)
(1)將原料氣按 n(CO2)∶ n(H2)=1∶4 置于密閉容器中發(fā)生 Sabatier 反應(yīng),測(cè)得H2O(g)的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)與溫度的關(guān)系如圖所示(虛線表示平衡曲線)。
①該反應(yīng)的平衡常數(shù) K 隨溫度升高而________(填“增大”或“減小”)。
②溫度過(guò)高或過(guò)低均不利于該反應(yīng)的進(jìn)行,原因是________。
③下列措施能提高 CO2 轉(zhuǎn)化效率的是________(填標(biāo)號(hào))。
A. 適當(dāng)減壓
B. 增大催化劑的比表面積
C. 反應(yīng)器前段加熱,后段冷卻
D. 提高原料氣中 CO2 所占比例
E. 合理控制反應(yīng)器中氣體的流速
(2)將一定量的 CO2(g)和 CH4(g)通入一恒容密閉容器中發(fā)生反應(yīng):CO2(g)+CH4(g)2CO(g)+2H2(g) Δ H =+248 kJ·mol-1。
為了探究該反應(yīng)的反應(yīng)速率與濃度的關(guān)系,起始時(shí)向恒容密閉容器中通入CO2 與CH4 ,使其物質(zhì)的量濃度均為1.0mol·L-1,平衡時(shí),根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)繪制出兩條反應(yīng)速率與濃度關(guān)系曲線如圖, v正~ c(CH4)和 v逆 ~ c(CO)。則與 v正~ c (CH4)相對(duì)應(yīng)曲線是圖中________(填“甲”或“乙”);該反應(yīng)達(dá)到平衡后,某一時(shí)刻降低溫度反應(yīng)重新達(dá)到平衡,則此時(shí)曲線甲對(duì)應(yīng)的平衡點(diǎn)可能為________(填“D”“E”或“F”)。
(3)用稀氨水噴霧捕集 CO2最終可得產(chǎn)品NH4HCO3。在捕集時(shí),氣相中有中間體 NH2COONH4(氨基甲酸銨)生成。現(xiàn)將一定量純凈的氨基甲酸銨置于恒容密閉容器中,分別在不同溫度下進(jìn)行反應(yīng):NH2COONH4(s) 2NH3(g)+CO2 (g)。實(shí)驗(yàn)測(cè)得的有關(guān)數(shù)據(jù)見下表( t1 < t2 < t3 )
氨基甲酸銨分解反應(yīng)是________(填“放熱”或“吸熱”)反應(yīng)。15℃時(shí)此反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù) K =________。
(4)一種新的循環(huán)利用方案是用 Bosch 反應(yīng) CO2(g)+2H2(g) C(s)+2H2O(g)代替 Sabatier 反應(yīng)。
① 已知 CO2(g)、H2O(g)的生成焓分別為–394 kJmol-1 、–242 kJmol-1 ,Bosch 反應(yīng)的Δ H =________kJmol-1(生成焓指一定條件下由對(duì)應(yīng)單質(zhì)生成 1mol 化合物時(shí)的反應(yīng)熱)。
②一定條件下 Bosch 反應(yīng)必須在高溫下才能啟動(dòng),原因是________。
③該新方案的優(yōu)點(diǎn)是________。
【答案】減小 溫度過(guò)低,反應(yīng)速率減小;溫度過(guò)高,反應(yīng)向右進(jìn)行的程度小 BCE 乙 E 吸熱 4×10-6 -90 反應(yīng)的活化能高 氫原子利用率為100%(或其它合理答案)
【解析】
(1)①根據(jù)圖知,當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)后,升高溫度,水的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)減小,說(shuō)明平衡逆向移動(dòng);②溫度過(guò)低,化學(xué)反應(yīng)速率慢;溫度過(guò)高,平衡逆向移動(dòng);③改變條件能使平衡正向移動(dòng),縮短轉(zhuǎn)化時(shí)間都能提高二氧化碳轉(zhuǎn)化效率,據(jù)此分析解答;
(2)根據(jù)圖象,甲的濃度是從0升高到0.4 mol/L,表示生成物,乙的濃度從1.0降低到0.8 mol/L,表示反應(yīng)物,該反應(yīng)的ΔH>0,是吸熱反應(yīng),結(jié)合溫度對(duì)平衡的影響分析判斷;
(3)①根據(jù)表中溫度對(duì)生成氣體的總濃度的影響分析;根據(jù)表中數(shù)據(jù)求出NH2COONH4(s)2NH3(g)+CO2(g)平衡時(shí)的氣體濃度,在根據(jù)平衡常數(shù)K= c2(NH3)×c(CO2)計(jì)算;
(4)①Bosch反應(yīng)的△H等于水的生成焓的二倍減去二氧化碳的生成焓;②從活化能角度分析解答;③對(duì)比Bosch 反應(yīng) CO2(g)+2H2(g) C(s)+2H2O(g)和 Sabatier 反應(yīng)CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)分析解答。
(1)①根據(jù)圖知,當(dāng)CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)達(dá)到平衡狀態(tài)后,升高溫度,水的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)減小,說(shuō)明平衡逆向移動(dòng),所以化學(xué)平衡常數(shù)減小,故答案為:減。
②溫度過(guò)低,化學(xué)反應(yīng)速率太慢;溫度過(guò)高,平衡逆向移動(dòng),反應(yīng)向右進(jìn)行的程度減小,所以溫度過(guò)高或過(guò)低均不利于該反應(yīng)的進(jìn)行,故答案為:溫度過(guò)低,反應(yīng)速率。欢鴾囟冗^(guò)高,反應(yīng)向右進(jìn)行的程度;
③A.適當(dāng)減壓,CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)平衡逆向移動(dòng),二氧化碳轉(zhuǎn)化率減小,所以其轉(zhuǎn)化效率減小,故A錯(cuò)誤;B.增大催化劑的比表面積,盡管平衡不移動(dòng),但增大了化學(xué)反應(yīng)速率,縮短化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡的時(shí)間,能提高二氧化碳的轉(zhuǎn)化效率,故B正確;C.升高溫度,水的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)減小,說(shuō)明平衡逆向移動(dòng),該反應(yīng)為放熱反應(yīng),反應(yīng)器前段加熱,能夠加快反應(yīng)速率,后段冷卻,能夠使平衡正向移動(dòng),能提高CO2 轉(zhuǎn)化效率,故C正確;D.提高原料氣中CO2所占比例,盡管平衡正向移動(dòng),但二氧化碳轉(zhuǎn)化率減小,CO2 轉(zhuǎn)化效率降低,故D錯(cuò)誤;E.合理控制反應(yīng)器中氣體的流速,能夠使反應(yīng)成分進(jìn)行,能夠提高CO2 轉(zhuǎn)化效率,故E正確;故答案為:BCE;
(2)從圖象可知,甲的濃度是從0升高到0.4 mol/L,表示生成物CO的圖象,乙是濃度從1.0降低到0.8 mol/L,表示反應(yīng)物CH4的圖象,該反應(yīng)的Δ H>0,是吸熱反應(yīng),降低溫度平衡向放熱方向移動(dòng),即向逆反應(yīng)方向移動(dòng),生成物濃度減小,化學(xué)反應(yīng)速率減小,E點(diǎn)符合,故答案為:乙;E;
(3)從表中數(shù)據(jù)可以看出,隨著溫度升高,氣體總濃度增大,平衡正向移動(dòng),則該反應(yīng)為吸熱反應(yīng);根據(jù)反應(yīng)的化學(xué)計(jì)量數(shù)的關(guān)系可知,c(NH3)=2c(CO2),15℃時(shí)平衡體系的氣體總濃度為3×10-2 mol/L,即c(NH3)+c(CO2)=3×10-2 mol/L,得到c(NH3)=2×10-2 mol/L,c(CO2)=10-2 mol/L,則15℃時(shí)此反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K=c2(NH3)×c(CO2)=(2×10-2)2×10-2=4×10-6,故答案為:吸熱;4×10-6;
(4)①生成焓是指由單質(zhì)生成1mol該物質(zhì)所產(chǎn)生的反應(yīng)熱,Bosch反應(yīng)的△H等于水的生成焓的二倍減去二氧化碳的生成焓,則Bosch反應(yīng)的△H=2×(-242kJmol-1)-(-394kJmol-1)=-90kJ/mol,故答案為:-90;
②斷裂二氧化碳和氫氣所需的能量較高,使得該反應(yīng)所需的活化能較高,因此一定條件下Bosch反應(yīng)必須在高溫下才能啟動(dòng),故答案為:反應(yīng)的活化能高;
③對(duì)比Bosch 反應(yīng) CO2(g)+2H2(g) C(s)+2H2O(g)和 Sabatier 反應(yīng)CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g),Bosch 反應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)是氫原子利用率為100%,故答案為:氫原子利用率為100%。
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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:
【題目】如圖為室溫下某二元酸H2M溶液中H2M、HM-、M2-的濃度對(duì)數(shù)lgc隨pH的變化圖象。下列分析錯(cuò)誤的是
A.該二元酸溶液濃度為0.010 mol/L
B.pH=1.89時(shí),c(H2M)=c(HM-)>c(M2-)
C.pH=7.0時(shí),lgc(M2-)-lgc(HM-)=0.77
D.在NaHM溶液中,水的電離受到抑制
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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:
【題目】化合物F是一種藥物中間體,可以通過(guò)以下方法合成:
(1)C中的含氧官能團(tuán)名稱為________和________。
(2)EF的反應(yīng)類型為________。
(3)試劑X的分子式為C5H13N3,寫出X的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式:________。
(4)A的一種同分異構(gòu)體同時(shí)滿足下列條件,寫出該同分異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式:________。
①能與FeCl3溶液發(fā)生顯色反應(yīng);② 分子中只有4種不同化學(xué)環(huán)境的氫。
(5)寫出以CH3CH=CHCH3、HCHO及CH3COCH3為原料制備的合成路線流程圖(無(wú)機(jī)試劑和有機(jī)溶劑任用,合成路線流程圖示例見本題題干)。________
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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:
【題目】有一無(wú)色透明溶液,可能含Al3+、Fe3+、Cu2+、Mg2+、K+、OH-、CO32-、Cl-離子中的若干種。現(xiàn)做如下實(shí)驗(yàn):
(1)取少量該溶液,滴入用硝酸酸化的AgNO3溶液,有白色沉淀生成。
(2)另取部分溶液,加入氫氧化鈉,有白色沉淀產(chǎn)生,加入氫氧化鈉的量與生成白色沉淀的量可用右圖表示。
試推斷:
(1)該溶液中以上離子一定存在的有___________,一定不存在的有____________。
(2)上述溶液中至少有_____________、(填化學(xué)式)等物質(zhì)混合而成,其物質(zhì)的量的比為_________。
(3)寫出圖中ab變化過(guò)程的離子方程式_________________。
(4)為進(jìn)一步確定溶液中其他的陽(yáng)離子,應(yīng)該補(bǔ)充的實(shí)驗(yàn)是_____________
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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:
【題目】侯氏制堿法在我國(guó)工業(yè)發(fā)展中具有重要作用,F(xiàn)某學(xué)習(xí)小組在實(shí)驗(yàn)室中利用下列反應(yīng)裝置模擬侯氏制堿法制備 NaHCO3,反應(yīng)原理為 NH3+CO2+H2O+NaCl=NaHCO3↓+NH4Cl。下列說(shuō)法正確的是
A.裝置 a 中可改用碳酸鈣粉末提高反應(yīng)速率
B.裝置 b、d 依次盛裝飽和 Na2CO3 溶液、稀硫酸
C.裝置 c 中含氨的飽和食鹽水提高了 CO2 吸收效率
D.反應(yīng)后將裝置 c 中的錐形瓶充分冷卻,蒸發(fā)結(jié)晶得到 NaHCO3 晶體
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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:
【題目】如圖裝置閉合電鍵K時(shí),電流計(jì)A的指針將發(fā)生偏轉(zhuǎn)。試回答:
(1)丙池是___(填“原電池”或“電解池”)。
(2)乙中Cu極的電極反應(yīng)是___,若電路中有0.02mol電子通過(guò),則甲中a電極溶解的質(zhì)量為___g。
(3)閉合電鍵K一段時(shí)間后,丙池中生成二種氣體和一種堿,則丙池中發(fā)生的總的離子反應(yīng)方程式是___。
(4)如果要給丙中鐵片上鍍上一層Ag,則丙池應(yīng)作何改進(jìn)___。
(5)丙池中反應(yīng)進(jìn)行較長(zhǎng)時(shí)間后,收集到標(biāo)準(zhǔn)狀況下氫氣2.24L。此時(shí)測(cè)得丙池溶液質(zhì)量實(shí)際減少4.23g,含有堿0.100mol(不考慮氣體在水中的溶解),則實(shí)際放出氣體的物質(zhì)的量是___mol。
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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:
【題目】金屬鈦(Ti)被稱為21世紀(jì)金屬,在航海、航空、記憶和涂料方面應(yīng)用廣泛,TiO2是一種優(yōu)良的光催化劑。20世紀(jì)科學(xué)家嘗試用多種方法將金紅石(TiO2)還原,發(fā)現(xiàn)金紅石直接氯化是冶煉鈦的關(guān)鍵。
步驟:TiO2(s)+2Cl2(g)=TiCl4(g)+O2(g) ΔH=+1493kJmol-1,ΔS=+61JK-1mol-1
該反應(yīng)發(fā)生溫度高達(dá)2170℃,能耗大,對(duì)設(shè)備和生產(chǎn)要求幾乎達(dá)到苛刻程度。目前科學(xué)家采用金紅石加碳氯化方法,在較溫和條件下成功制取TiCl4,為人類快速邁進(jìn)鈦合金時(shí)代做出了巨大貢獻(xiàn)。金紅石加碳氯化的主要反應(yīng)如下:
反應(yīng)Ⅰ:TiO2(s)+2Cl2(g) +C(s)TiCl4(g)+CO2(g) ΔH1,ΔS1=+64JK-1mol-1
反應(yīng)Ⅱ:TiO2(s)+2Cl2(g) +2C(s)TiCl4(g)+2CO(g) ΔH2,△S2
已知:①C(s)+O2(g)=CO2(g) ΔH=-394.3kJmol-1
②2C(s)+O2(g)=2CO(g) ΔH=-222.3kJmol-1
請(qǐng)回答:
(1)反應(yīng)Ⅰ的ΔH1=__kJmol-1。
(2)對(duì)于氣體參加的反應(yīng),表示平衡常數(shù)KP時(shí),用氣體組分B的平衡壓強(qiáng)P(B)代替該氣體物質(zhì)的量濃度c(B),則反應(yīng)Ⅰ的KP=__(用表達(dá)式表示)。
(3)在常溫、常壓、光照條件下,N2在催化劑TiO2表面與H2O發(fā)生反應(yīng),2N2(g)+6H2O(1)=4NH3(g)+3O2(g) ΔH=+1530.4kJmol-1
進(jìn)一步研究相同條件下NH3生成量與溫度的關(guān)系,部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表:
實(shí)驗(yàn)組別 | 1 | 2 | 3 | 4 |
T/K | 303 | 313 | 323 | 353 |
NH3生成量/(10-6mol) | 4.8 | 5.9 | 6.0 | 2.0 |
O2生成量/(10-6mol) | 3.6 | 4.4 | 4.5 | 1.5 |
反應(yīng)時(shí)間/h | 3 | 3 | 3 | 3 |
容器體積/L | 2 | 2 | 2 | 2 |
①請(qǐng)?jiān)谌鐖D中畫出上述反應(yīng)在“有催化劑”與“無(wú)催化劑”兩種情況下反應(yīng)過(guò)程中體系能量隨反應(yīng)過(guò)程的變化趨勢(shì)示意圖(圖中標(biāo)明必要的文字說(shuō)明)。___
②根據(jù)表中數(shù)據(jù),在303K時(shí),在3h內(nèi)用氮?dú)獗硎酒淦骄磻?yīng)速率為___molL-1h-1。判斷組別4中反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)___(填“是”或“否”),并說(shuō)明理由___。
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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:
【題目】下圖是某元素的價(jià)類二維圖,其中X是一種強(qiáng)堿,A為正鹽,通常條件下Z是無(wú)色液體,D的相對(duì)分子質(zhì)量比E小16,各物質(zhì)轉(zhuǎn)化關(guān)系如圖所示。下列說(shuō)法正確的是
A. A是可與草木灰混合使用的肥料 B. C可用排空氣法收集
C. F和B能發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)生成鹽 D. B在一定條件下可直接與Y反應(yīng)生成D
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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:
【題目】在密閉容器中,一定條件下,進(jìn)行如下反應(yīng):NO(g)+CO(g) N2(g)+CO2(g);ΔH= -373.2kJ/mol,達(dá)到平衡后,為提高該反應(yīng)的速率和NO的轉(zhuǎn)化率,采取的正確措施是
A.加催化劑同時(shí)升高溫度B.加催化劑同時(shí)增大壓強(qiáng)
C.升高溫度同時(shí)充入N2D.降低溫度同時(shí)增大壓強(qiáng)
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