8.乙醇汽油是被广泛使用的新型清洁燃料,工业生产乙醇的一种反应原理为:
2CO(g)+4H2 (g)?CH3CH2OH(g)+H2O(g)△H1=-a kJ•mol-1.
已知:H2O(l)═H2O(g)△H2=+b kJ•mol-1
CO(g)+H2O(g)?CO2(g)+H2(g)△H3=-c kJ•mol-1
(1)以CO2(g)与H2(g)为原料也可合成乙醇,其热化学方程式如下:
2CO2(g)+6H2(g)?CH3CH2OH(g)+3H2O(l)△H=-(a+3b-2c)kJ•mol-1.
(2)CH4和H2O(g)在催化剂表面发生反应CH4+H2O(g)?CO+3H2,该反应在不同温度下的化学平衡常数如表:
①反应是吸热反应(填“吸热”或“放热”);
②T℃时,向2L密闭容器中投入2.00molCH4和2.00mol H2O(g),5小时后测得反应体系达到平衡状态,此时c(CH4)=0.333mol•L-1,则T=1100℃,该温度下达到平衡时H2的平均生成速率为0.400mol/(L•h)(保留3位有效数字).
(3)汽车使用乙醇汽油并不能减少NOx的排放,这使NOx的有效消除成为环保领域的重要课题.
用CxHy(烃)催化还原NOx可消除氮氧化物的污染.写出CH4与NO2发生反应的化学方程式:CH4+2NO2 $\stackrel{催化剂}{→}$N2+CO2+2H2O.
(4)乙醇-空气燃料电池中使用的电解质是搀杂了Y2O3的ZrO2晶体,它在高温下能传导O2-离子.
固体电解质里O2-的移动方向是向负极(填“正极”或“负极”)移动,该电池负极的电极反应式为C2H6O+6O2--12e-=2CO2+3H2O.
2CO(g)+4H2 (g)?CH3CH2OH(g)+H2O(g)△H1=-a kJ•mol-1.
已知:H2O(l)═H2O(g)△H2=+b kJ•mol-1
CO(g)+H2O(g)?CO2(g)+H2(g)△H3=-c kJ•mol-1
(1)以CO2(g)与H2(g)为原料也可合成乙醇,其热化学方程式如下:
2CO2(g)+6H2(g)?CH3CH2OH(g)+3H2O(l)△H=-(a+3b-2c)kJ•mol-1.
(2)CH4和H2O(g)在催化剂表面发生反应CH4+H2O(g)?CO+3H2,该反应在不同温度下的化学平衡常数如表:
| 温度/℃ | 800 | 1000 | 1100 | 1200 | 1400 |
| 平衡常数 | 0.45 | 1.92 | 48.1 | 276.5 | 1771.5 |
②T℃时,向2L密闭容器中投入2.00molCH4和2.00mol H2O(g),5小时后测得反应体系达到平衡状态,此时c(CH4)=0.333mol•L-1,则T=1100℃,该温度下达到平衡时H2的平均生成速率为0.400mol/(L•h)(保留3位有效数字).
(3)汽车使用乙醇汽油并不能减少NOx的排放,这使NOx的有效消除成为环保领域的重要课题.
用CxHy(烃)催化还原NOx可消除氮氧化物的污染.写出CH4与NO2发生反应的化学方程式:CH4+2NO2 $\stackrel{催化剂}{→}$N2+CO2+2H2O.
(4)乙醇-空气燃料电池中使用的电解质是搀杂了Y2O3的ZrO2晶体,它在高温下能传导O2-离子.
固体电解质里O2-的移动方向是向负极(填“正极”或“负极”)移动,该电池负极的电极反应式为C2H6O+6O2--12e-=2CO2+3H2O.
4.丙烷制备丙烯已成为制备丙烯的重要方法之一.
方法 I:丙烷脱氢制丙烯:
①C3H8(g)$?_{△}^{催化剂}$ C3H6(g)+H2(g)△H1
方法 II:丙烷氧化脱氢制丙烯:(投料为C3H8和CO2)
②C3H8(g)+CO2(g) $?_{△}^{催化剂}$ C3H6(g)+CO(g)+H2O(g)△H2=165kJ•mol-1
③CO2(g)+H2(g) $?_{△}^{催化剂}$ CO(g)+H2O(g)△H3=41kJ•mol-1
已知:
(1)计算△H1=124kJ•mol-1
(2)模拟方法 I制丙烯,在体积可变的反应器中,恒温,维持体系总压强恒定为0.1MPa,加入1mol C3H8(g)时体积为50L,再加入8.5mol水蒸汽作为稀释剂,反应t分钟达到平衡,测得丙烷0.5mol,已知:分压=物质的量分数×总压强.
①计算该温度下反应I的平衡常数K=0.005MPa(KP)或0.001(KC).
②常压下,温度为600K~1000K,水烃比M=10(水烃比是指投料中水蒸汽和丙烷的物质的量之比)时丙烷脱氢平衡转化率与温度变化的曲线如图1,在图1中画出水烃比M=8时的曲线.
(3)模拟方法 II制丙烯,在恒温恒容条件下充入物质的量之比为1:1的丙烷和二氧化碳气体,一段时间后达到平衡,则下列可以判断容器内反应体系达到平衡的是AB.
A.v正(C3H8)=v逆(C3H6) B.平均相对分子质量不再变化
C.气体密度不再变化 D.丙烷和二氧化碳的物质的量比值不再变化
(4)在相同条件下模拟方法 I与方法 II,测得丙烷的平衡转化率与温度的关系如图2所示,图2中方法 II对应的曲线是M(填“M”或“N”),从化学平衡的角度解释丙烷平衡转化率M高于N的原因方法 II 可看成是发生反应①和反应③,由于反应③会消耗氢气,使得反应①的化学平衡向右移动.

(5)恒温,密闭容器中投入丙烷发生反应①,某压强下反应t时刻后测得丙烷的转化率,然后保持其它初始实验条件不变,分别在不同压强下,重复上述实验,经过相同时间测得丙烷的转化率随压强变化趋势图可能图3中的是ACD.
0 160149 160157 160163 160167 160173 160175 160179 160185 160187 160193 160199 160203 160205 160209 160215 160217 160223 160227 160229 160233 160235 160239 160241 160243 160244 160245 160247 160248 160249 160251 160253 160257 160259 160263 160265 160269 160275 160277 160283 160287 160289 160293 160299 160305 160307 160313 160317 160319 160325 160329 160335 160343 203614
方法 I:丙烷脱氢制丙烯:
①C3H8(g)$?_{△}^{催化剂}$ C3H6(g)+H2(g)△H1
方法 II:丙烷氧化脱氢制丙烯:(投料为C3H8和CO2)
②C3H8(g)+CO2(g) $?_{△}^{催化剂}$ C3H6(g)+CO(g)+H2O(g)△H2=165kJ•mol-1
③CO2(g)+H2(g) $?_{△}^{催化剂}$ CO(g)+H2O(g)△H3=41kJ•mol-1
已知:
| 化学键 | C-H | C-C | C═C | H-H |
| 键能/kJ•mol-1 | 412 | 348 | 612 | 436 |
(2)模拟方法 I制丙烯,在体积可变的反应器中,恒温,维持体系总压强恒定为0.1MPa,加入1mol C3H8(g)时体积为50L,再加入8.5mol水蒸汽作为稀释剂,反应t分钟达到平衡,测得丙烷0.5mol,已知:分压=物质的量分数×总压强.
①计算该温度下反应I的平衡常数K=0.005MPa(KP)或0.001(KC).
②常压下,温度为600K~1000K,水烃比M=10(水烃比是指投料中水蒸汽和丙烷的物质的量之比)时丙烷脱氢平衡转化率与温度变化的曲线如图1,在图1中画出水烃比M=8时的曲线.
(3)模拟方法 II制丙烯,在恒温恒容条件下充入物质的量之比为1:1的丙烷和二氧化碳气体,一段时间后达到平衡,则下列可以判断容器内反应体系达到平衡的是AB.
A.v正(C3H8)=v逆(C3H6) B.平均相对分子质量不再变化
C.气体密度不再变化 D.丙烷和二氧化碳的物质的量比值不再变化
(4)在相同条件下模拟方法 I与方法 II,测得丙烷的平衡转化率与温度的关系如图2所示,图2中方法 II对应的曲线是M(填“M”或“N”),从化学平衡的角度解释丙烷平衡转化率M高于N的原因方法 II 可看成是发生反应①和反应③,由于反应③会消耗氢气,使得反应①的化学平衡向右移动.
(5)恒温,密闭容器中投入丙烷发生反应①,某压强下反应t时刻后测得丙烷的转化率,然后保持其它初始实验条件不变,分别在不同压强下,重复上述实验,经过相同时间测得丙烷的转化率随压强变化趋势图可能图3中的是ACD.