题目内容

【题目】为应对全球石油资源口益紧缺。提高煤的利用效率,我国开发了煤制烃技术,并进入工业化试验阶段。

(1)煤气化制合成气(COH2):C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) ΔH=+131.3kJ/mol该反应在高温下能自发进行,理由是_____________

(2)由合成气制甲醇:合成气COH2在一定条件下能发生如下反应:

主反应ICO(g)+2H2(g)CH3OH(g)

反应IICO(g)+H2(g)C(s)+H2O(g)

①在容积均为VL的甲、乙、丙三个密闭容器中分别充入amolCO2 amolH2,三个容器的反应温度分别为T1T2T3(T1<T2T3)且恒定不变,若只发生反应I,在其他条件相同的情况下,实验测得反应均进行到tminCO的体积分数如图所示,此时三个容器中一定处于化学平衡状态的是_____(填“T1”、“T2”或“T3”):该温度下的化学平衡常数为_____(用aV表示)。

②为减弱副反应的发生,下列采取的措施合理的是______

A.反应前加入少量的水蒸气 B.增压

C.降低反应温度 D.使用合适催化剂,提高甲醇的选择性

(3)由甲醇制烯烃

主反应:i.2CH3OHC2H4+2H2O

ii.3CH3OHC3H6+3H2O

副反应:iii.2CH3OHCH3OCH3H2O

某实验室控制反应温度为400℃,在相同的反应体系中分别填装等量的两种催化剂(Cat1Cat.2),以恒定的流速通入CH3OH,在相同的压强下进行两种催化剂上甲醇制烯烃的对比研究。得到如图实验数据:(选择性:转化的甲醇中生成乙烯和丙烯的百分比)

下列说法不正确的是_________

A.反应进行一段时间后甲醇的转化率减小,可能的原因是催化剂失活,工业生产中需定期更换催化剂

B.使用Cat.2反应2h后乙烯和内烯的选择性下降,可能的原因是生成副产物二甲醚

C.使用Cat.1产生的烯烃主要为丙烯,使用Cat.2产生的烯烃主要为乙烯

D.不管使用Cat.1还是使用Cat.2都能提高活化分子的百分数

(4)已知:2CrO42-+2H+Cr2O72-+H2O。以铬酸钾为原料,电化学法备重铬酸钾的实验装置示意图如下

a为电源的________(填正极负极

②该制备过程总反应的化学方程式为_________

【答案】H>0S>0 T3 AD C 负极 4K2CrO4+4H2O2K2Cr2O7+2H2↑+O2↑+4KOH

【解析】

(1)在高温下能自发进行,根据G=H-TS0判断;

(2)①反应是从正反应方向开始,随着反应的进行,反应物不断消耗,反应物的物质的量逐渐减小,当达到平衡后,若升高温度,反应物的物质的量增多,说明反应达到平衡;根据平衡时CO的含量,计算出各种物质的平衡时的物质的量,结合容器的容积,计算出各种物质的浓度,带入平衡常数表达式即可;

②从平衡移动角度分析影响反应发生的因素;

(3) A.当催化剂失活后,副产物增多,甲醇的转化率下降;

B.使用Cat.2时,随反应不断进行,生成的副产物二甲醚增多,会导致生成乙烯和丙烯的选择性下降;

C.由图示可知,使用Cat.1时丙烯与乙烯的比值随时间增长不断减小,说明乙烯增多;

D.催化剂能降低反应活化能,提高活化分子的百分数;

②根据图象曲线变化可知,在催化剂Cat.1的作用下,催化效果更好,催化剂能降低反应的活化能,说明使用催化剂Cat.1的反应过程中活化能更低

(4)H+在阴极获得电子变为H2OH-在阳极失去电子变为O2,阴极连接电源的负极,阳极连接电源正极。根据溶液成分,结合电极反应式书写反应方程式。

(1)在高温下反应能自发进行,根据G=H-TS0,由于该反应中H0,所以S0

(2)①该反应是从正反应方向开始,随着反应的进行,反应物不断消耗,反应物的物质的量会逐渐减小,当反应达到平衡后,若升高温度,该反应物的物质的量又增多,说明反应达到平衡,升高温度使化学平衡发生移动所致。根据图示可知T3时达到平衡状态;根据平衡常数表达式,将各种物质的平衡浓度带入公式可得其数值。

CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)

n()mol a 2a 0

n()mol x 2x x

n()mol a-x 2a-2x x

,解得x=,所以平衡时n(CO)=moln(H2)=moln(CH3OH)=mol,所以在T3时该反应的化学平衡常数K=L2/mol2

A.反应前加入少量的水蒸气,副反应CO(g)+H2(g)C(s)+H2O(g)中由于生成物浓度增大,平衡逆向移动,减少副反应的发生,A正确;

B.副反应是气体体积减小的反应,增大压强,平衡正向移动,促进了副反应的发生,B错误;

C.副反应CO(g)+H2(g)C(s)+H2O(g)的正反应是放热反应,降低反应温度 ,平衡正向移动,促进了副反应的发生,C错误;

D.使用合适催化剂,提高甲醇的选择性,使更多CO发生主反应,可以减少副反应的发生,D正确;

故合理选项是AD

(3)A.当催化剂失活后,副产物增多,甲醇的转化率下降,需要及时更换催化剂,A正确;

B.使用Cat.2时,随反应的不断进行,生成的副产物二甲醚增多,导致生成乙烯和丙烯的选择性下降,B正确;

C.由图示可知,使用Cat.1时丙烯与乙烯的比值随时间增长不断减小,说明乙烯增多,即使用Cat.1时主要生成乙烯,而使用Cat.2时,产物中乙烯的含量明显大于丙烯,可见使用Cat.2时产生的烯烃也主要为乙烯,C错误;

D.使用催化剂能降低反应活化能,提高活化分子的百分数,D正确;

故合理选项是C

(4)①在KOHK2CrO4溶液中含有的阳离子是有H+K+,由于放电能力H+>K+,所以H+在阴极获得电子变为H2;溶液中含有的阴离子OH-在阳极失去电子变为O2。阴极连接电源的负极,阳极连接电源正极,所以a为负极,b为正极。

+在阴极放电产生H2逸出,使附近溶液中c(OH-)增大,溶液的碱性增强,在阳极上溶液中的OH-放电产生O2放出,阳极附近c(H+)增大,平衡2CrO42-+2H+Cr2O72-+H2O正向移动,可反应产生Cr2O72-,所以根据电子守恒、原子守恒,可得该电解反应的总反应方程式为4K2CrO4+4H2O2K2Cr2O7+2H2↑+O2↑+4KOH

练习册系列答案
相关题目

【题目】I.甲醛在木材加工、医药等方面有重要用途。甲醇直接脱氢是工业上合成甲醛的新方法,制备过程涉及的主要反应如下:

反应ICH3OH(g)HCHO(g)+H2(g) H1=+85.2kJ/mol

反应IICH3OH(g)+O2(g)HCHO(g)+H2O(g) H2

反应III2H2(g)+O2(g)2H2O(g) H3=-483.6kJ/mol

(1)计算反应Ⅱ的反应热H2=_____________________________

(2)750K下,在恒容密闭容器中,发生反应CH3OH(g)HCHO(g)+H2(g),若起始压强为P0,达到平衡转化率为α,则平衡时的总压强P=___________(用含P0α的式子表示);当P0=101kPa,测得α=50.0%,计算反应平衡常数Kp=___________kPa(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数,忽略其它反应)

II.CO2既是温室气体,也是重要的化工原料,以CO2为原料可合成多种有机物。

(3)CO2用于生产乙烯,已知:2CO2(g)+6H2(g)CH2=CH2(g)+4H2O(g) HQkJ/mol。一定条件下,按不同的投料比X[X]向某容积可变的恒压密闭容器中充入CO2H2,测得不同投料比时CO2的转化率与温度的关系如图所示。

X1_____X2(填,后同),Q_____0

②图中ABC三点对应的平衡常数KAKBKC的大小关系为_____

(4)常温下,用NaOH溶液作CO2捕捉剂不仅可以降低碳排放,而且可得到重要的化工产品Na2CO3

①若某次捕捉后得到pH10的溶液,则溶液中c(CO32-)c(HCO3-)=_____[常温下K1(H2CO3)=4.4×107K2(H2CO3)=5×1011]

②欲用5L Na2CO3溶液将23.3g BaSO4固体全都转化为BaCO3,则所用的Na2CO3溶液的物质的量浓度至少为__________[已知:常温下Ksp(BaSO4)=1×107Ksp(BaCO3)=2.5×106](忽略溶液体积积的变化)

违法和不良信息举报电话:027-86699610 举报邮箱:58377363@163.com

精英家教网