解答题-原理综合题 适中0.65 引用1 组卷265
甲醇与水蒸气重整制氢可直接用于燃料电池。回答下列问题:
(1)已知甲醇分解反应I:CH3OH(g)
CO(g)+2H2(g) △H1=+91.6 kJ·mol–1
水煤气变换反应II:CO(g)+H2O(g)
CO2(g)+H2(g) △H2= – 41.1 kJ·mol–1
则CH3OH(g)+H2O(g)
CO2(g)+3H2(g) △H3=________ kJ·mol–1
(2)我国学者采用量子力学方法,通过计算机模拟,研究了在钯基催化剂表面上甲醇分解反应I的历程,得到甲醇在钯基催化剂表面发生解离时五个路径与相对能量关系如下图所示,其中吸附在钯催化剂表面上的物种用*标注。该历程中最小能垒(活化能)E正=_______ kJ·mol–1,写出该步骤的化学方程式____________________ 。
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/editorImg/2022/12/2/36a3637e-fd6d-4680-ae5c-1266e93b68b1.png?resizew=462)
(3)在100kPa下,将总进料量1mol且n(CH3OH):n(H2O)=1:1.3的混合气体充入已放有催化剂的刚性密闭容器中反应。
①实验测得水煤气变换反应II的速率随温度的升高明显下降,原因是__________ 。
②平衡时,测得CH3OH的含量在给定温度范围内极小,H2、H2O(g)、CO、CO2四种组分含量与反应温度关系如图所示,b、d曲线对应物质的化学式分别为________ 、________ 。
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/editorImg/2022/12/2/54dfd256-d938-483e-aa0a-f266c3b71d7c.png?resizew=385)
(4)353K时,在刚性容器中充入CH3OH(g),发生反应:CH3OH(g)
CO(g)+2H2(g)。体系的总压强p随时间t的变化如表所示(t=∞时,该反应达到平衡):
则0~5min内v(CH3OH)=______ kPa·min-1。该反应的平衡常数KP=__________ (kPa)2(KP为以分压表示的平衡常数,计算结果保留1位小数)。
(1)已知甲醇分解反应I:CH3OH(g)
水煤气变换反应II:CO(g)+H2O(g)
则CH3OH(g)+H2O(g)
(2)我国学者采用量子力学方法,通过计算机模拟,研究了在钯基催化剂表面上甲醇分解反应I的历程,得到甲醇在钯基催化剂表面发生解离时五个路径与相对能量关系如下图所示,其中吸附在钯催化剂表面上的物种用*标注。该历程中最小能垒(活化能)E正=
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/editorImg/2022/12/2/36a3637e-fd6d-4680-ae5c-1266e93b68b1.png?resizew=462)
(3)在100kPa下,将总进料量1mol且n(CH3OH):n(H2O)=1:1.3的混合气体充入已放有催化剂的刚性密闭容器中反应。
①实验测得水煤气变换反应II的速率随温度的升高明显下降,原因是
②平衡时,测得CH3OH的含量在给定温度范围内极小,H2、H2O(g)、CO、CO2四种组分含量与反应温度关系如图所示,b、d曲线对应物质的化学式分别为
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/editorImg/2022/12/2/54dfd256-d938-483e-aa0a-f266c3b71d7c.png?resizew=385)
(4)353K时,在刚性容器中充入CH3OH(g),发生反应:CH3OH(g)
t/min | 0 | 5 | 10 | 15 | 20 | ∞ |
p/kPa | 100.0 | 107.4 | 112.6 | 116.4 | 118.6 | 120.0 |
则0~5min内v(CH3OH)=
2020·安徽马鞍山·三模
类题推荐
甲醇与水蒸气重整制氢可直接用于燃料电池。回答下列问题:
(1)已知:甲醇分解反应:CH3OH(g)
CO(g)+2H2(g) △H1=________ kJ·mol-1水蒸气变换反应:CO(g)+H2O(g)
CO2(g)+H2(g) △H2=-41.20 kJ·mol-1,则CH3OH(g)+H2O(g)
CO2(g)+3H2(g)△H3=+49.44kJ·mol-1。
(2)科学家通过密度泛函理论研究甲醇与水蒸气重整制氢反应机理时,得到甲醇在Pd(Ⅲ)表面发生解离时四个路径与相对能量关系如图所示,其中附在Pd(Ⅲ)表面的物种用*标注。此历程中活化能最小的反应方程式为_________________________ 。
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/editorImg/2023/4/10/497d5980-650a-4b53-9d08-daf4973f6182.png?resizew=398)
(3)在0.1MPa下,将总进料量1 mol且n(CH3OH):n(H2O)=1:1.3的混合气体充入一刚性密闭容器中反应。
①实验测得水煤气变换反应的速率随温度的升高明显下降,原因是__________ 。
②平衡时,测得CH3OH的含量在给定温度范围内极小,H2、H2O(g)、CO、CO2四种组分含量与反应温度关系如图所示,试解释a的含量约是c的含量3倍的原因__________ 。
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/editorImg/2023/4/10/b1399e9e-884e-4b40-8d33-8c88607269d8.png?resizew=378)
(4)297 K时,向密闭容器Ⅰ(体积为4L)和Ⅱ(体积为8L)中分别充入下列物质发生反应,
达平衡时两个容器中c(H2)相等且c(H2)=0.5mol/L。则
①a=_____________ 。
②该温度时,Ⅰ中反应的K=___________ 。
③Ⅱ中按表格数据充入反应物此时反应的方向__________ (填“正向进行”、“平衡”或“逆向进行”)。
(1)已知:甲醇分解反应:CH3OH(g)
(2)科学家通过密度泛函理论研究甲醇与水蒸气重整制氢反应机理时,得到甲醇在Pd(Ⅲ)表面发生解离时四个路径与相对能量关系如图所示,其中附在Pd(Ⅲ)表面的物种用*标注。此历程中活化能最小的反应方程式为
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/editorImg/2023/4/10/497d5980-650a-4b53-9d08-daf4973f6182.png?resizew=398)
(3)在0.1MPa下,将总进料量1 mol且n(CH3OH):n(H2O)=1:1.3的混合气体充入一刚性密闭容器中反应。
①实验测得水煤气变换反应的速率随温度的升高明显下降,原因是
②平衡时,测得CH3OH的含量在给定温度范围内极小,H2、H2O(g)、CO、CO2四种组分含量与反应温度关系如图所示,试解释a的含量约是c的含量3倍的原因
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/editorImg/2023/4/10/b1399e9e-884e-4b40-8d33-8c88607269d8.png?resizew=378)
(4)297 K时,向密闭容器Ⅰ(体积为4L)和Ⅱ(体积为8L)中分别充入下列物质发生反应,
编号 | CO(mol) | H2(mol) | CH3OH(mol) |
Ⅰ | 4 | a | 0 |
Ⅱ | 4 | 4 | 4 |
①a=
②该温度时,Ⅰ中反应的K=
③Ⅱ中按表格数据充入反应物此时反应的方向
在钯基催化剂表面上,甲醇制氢的反应历程如图所示,其中吸附在钯催化剂表面上的物种用*标注。
(1)CH3OH(g)⇌CO(g)+2H2(g)的ΔH=_______ kJ·mol-1;该历程中最大能垒(活化能)E正=_______ kJ·mol-1,写出该步骤的化学方程式_______ 。
(2)在一定温度下,CO和H2混合气体发生反应:CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g),净反应速率v=v正-v逆=k正c(CO)·c2(H2)-k逆c(CH3OH),k正、k逆分别为正、逆反应速率常数。达到平衡后,若加入高效催化剂,
将_______ (填“增大”“减小”或“不变”,下同);若升高温度,
将_______ 。
(3)353 K时,在刚性容器中充入CH3OH(g),发生反应:CH3OH(g)⇌CO(g)+2H2(g)。体系的总压强p随时间t的变化如表所示:
①若升高反应温度至373 K,则CH3OH(g)分解后体系压强p∞(373 K)_______ 121.2 kPa(填“大于”“等于”或“小于”),原因是_______ 。
②353 K时,该反应的平衡常数Kp=_______ (kPa)2(Kp为以分压表示的平衡常数,计算结果保留1位小数)。
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/editorImg/2023/9/25/b794d1a3-9f6a-4ff3-9923-3277b90d1341.png?resizew=572)
(1)CH3OH(g)⇌CO(g)+2H2(g)的ΔH=
(2)在一定温度下,CO和H2混合气体发生反应:CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g),净反应速率v=v正-v逆=k正c(CO)·c2(H2)-k逆c(CH3OH),k正、k逆分别为正、逆反应速率常数。达到平衡后,若加入高效催化剂,
(3)353 K时,在刚性容器中充入CH3OH(g),发生反应:CH3OH(g)⇌CO(g)+2H2(g)。体系的总压强p随时间t的变化如表所示:
t/min | 0 | 5 | 10 | 15 | 20 | ∞ |
p/kPa | 101.2 | 107.4 | 112.6 | 116.4 | 118.6 | 121.2 |
②353 K时,该反应的平衡常数Kp=
甲醇是重要的化工原料,又是可再生能源,工业合成甲醇有如下几种方法:
(1)水煤气合成法。制备甲醇的主要反应为CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g)。原料气的加工过程中常混有一定量CO2,为了研究不同温度下CO2对该反应的影响,以CO2、CO和H2的混合气体为原料在一定条件下进行实验,结果表明,原料气各组分含量不同时,反应生成甲醇的产率是不同的。实验数据如下表所示。
由表中数据分析可知:一定条件下,CO2对甲醇合成的影响是_______ 。
(2)CO2催化转化法:以CO2、H2为原料在催化剂作用下合成CH3OH涉及的主要反应:
I.CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g) △H1=-49.5kJ·mol-1
II.CO(g)+2H2(g) ⇌CH3OH(g) △H2=-90.4kJ·mol-1
III.CO2(g)+H2(g) ⇌CO(g)+H2O(g) △H3
①△H3=_______ 。
②一定条件下,向2L恒容密闭容器中通入1mol CO2和3mol H2发生上述反应,经5min达到平衡时,容器中CH3OH(g)为a mol,CO(g)为b mol,则这段时间内以H2O(g)表示的化学反应速率为_______ mol·L-1·min-1。(用含a、b的代数式表示)。
③不同压强下,按照n(CO2):n(H2)=1:3投料,实验测得CO2的平衡转化率随温度(T)变化关系如图所示。则压强P1、P2、P3由大到小的顺序为_______ ,温度高于T1时,CO2的平衡转化率几乎相等的原因是_______ 。
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/2022/1/24/2901265053450240/2901423946743808/STEM/9030c3c1-d99c-4ea3-9aba-0933b57d84b9.png?resizew=330)
(3)甲烷催化氧化法:
主反应:2CH4(g)+O2(g) ⇌2CH3OH(g)
副反应:CH4(g)+2O2(g) ⇌CO2(g)+2H2O(g)
①科学家将CH4、O2和H2O(g) (H2O是活性催化剂)按照一定体积比在催化剂表面合成甲醇部分反应历程如图所示(吸附在催化剂表面的物种用*标注,TS代表过渡态)。
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/2022/1/24/2901265053450240/2901423946743808/STEM/9751481e-eabe-420c-8e00-eede28057d6b.png?resizew=521)
该历程中正反应的最大活化能为_______ kJ·mol-1,写出该步骤的化学方程式_______ 。
②向恒温刚性容器中按照体积比为2:1:7充入CH4、O2和H2O(g),在500K下反应达到平衡时,CH3OH的选择性(甲醇的选择性=
×100%)为90%,CH4的转化率为50%,则副反应的压强平衡常数KP=_______ (保留小数点后一位)。
(1)水煤气合成法。制备甲醇的主要反应为CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g)。原料气的加工过程中常混有一定量CO2,为了研究不同温度下CO2对该反应的影响,以CO2、CO和H2的混合气体为原料在一定条件下进行实验,结果表明,原料气各组分含量不同时,反应生成甲醇的产率是不同的。实验数据如下表所示。
φ(CO2)-φ(CO)-φ(H2)/% | 0-30-70 | 4-26-70 | 8-22-70 | 20-10-70 | ||||||||
反应温度/℃ | 225 | 235 | 250 | 225 | 235 | 250 | 225 | 235 | 250 | 225 | 235 | 250 |
碳转化率/% | 4.9 | 8.8 | 11.0 | 19.0 | 33.1 | 56.5 | 17.7 | 33.4 | 54.4 | 8.0 | 12.0 | 22.6 |
(2)CO2催化转化法:以CO2、H2为原料在催化剂作用下合成CH3OH涉及的主要反应:
I.CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g) △H1=-49.5kJ·mol-1
II.CO(g)+2H2(g) ⇌CH3OH(g) △H2=-90.4kJ·mol-1
III.CO2(g)+H2(g) ⇌CO(g)+H2O(g) △H3
①△H3=
②一定条件下,向2L恒容密闭容器中通入1mol CO2和3mol H2发生上述反应,经5min达到平衡时,容器中CH3OH(g)为a mol,CO(g)为b mol,则这段时间内以H2O(g)表示的化学反应速率为
③不同压强下,按照n(CO2):n(H2)=1:3投料,实验测得CO2的平衡转化率随温度(T)变化关系如图所示。则压强P1、P2、P3由大到小的顺序为
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/2022/1/24/2901265053450240/2901423946743808/STEM/9030c3c1-d99c-4ea3-9aba-0933b57d84b9.png?resizew=330)
(3)甲烷催化氧化法:
主反应:2CH4(g)+O2(g) ⇌2CH3OH(g)
副反应:CH4(g)+2O2(g) ⇌CO2(g)+2H2O(g)
①科学家将CH4、O2和H2O(g) (H2O是活性催化剂)按照一定体积比在催化剂表面合成甲醇部分反应历程如图所示(吸附在催化剂表面的物种用*标注,TS代表过渡态)。
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/2022/1/24/2901265053450240/2901423946743808/STEM/9751481e-eabe-420c-8e00-eede28057d6b.png?resizew=521)
该历程中正反应的最大活化能为
②向恒温刚性容器中按照体积比为2:1:7充入CH4、O2和H2O(g),在500K下反应达到平衡时,CH3OH的选择性(甲醇的选择性=
组卷网是一个信息分享及获取的平台,不能确保所有知识产权权属清晰,如您发现相关试题侵犯您的合法权益,请联系组卷网