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解答题-原理综合题 适中0.65 引用4 组卷283
利用温室气体CO2作为温和氧化剂选择性氧化乙烷制乙烯,对资源综合利用有重要意义,CO2氧化乙烷制乙烯的反反应可表示为反应H2O(g) △H1
研究表明,在催化剂作用下,反应I实际分两步进行,相关化学反应如下:
II:C2H6(g)⇌C2H4(g)+H2(g) △H2
III:CO2(g)+H2(g)⇌CO(g)+H2O(g) △H3
回答下列问题:
(1)反应I、II、III的平衡常数K与温度变化关系如图所示。

据图判断1molC2H4和1molH2的总能量___________1molC2H6的能量(填“>”“=”或“<”,下同);反应I和反应III的焓变大小关系为△H1___________△H3
(2)在1L密闭容器甲中充入1molC2H6和1molCO2,在催化剂作用下主要发生反应II、反应III及副反应IV:C2H6(g)+2CO2(g)⇌4CO(g)+3H2(g)。10min后,各反应均达到平衡状态,乙烷的平衡转化率(α)及乙烯选择性与温度的关系如图所示(选择性是指生成目的产物所消耗的C2H6与反应中C2H6总消耗量的物质的量比)。

①副反应IV不利于乙烯生成的原因为_____,要提高CO2的转化率,可采取的措施是____
②已知某温度时乙烯选择性为70%,容器中H2O的物质的量为0.1mol。则此时C2H6的浓度c(C2H6)=_____mol·L-1,C2H4和H2的物质的量之比为_____
③以CO2表示的反应速率为v(CO2)=____mol/(L·min),反应III的平衡常数K=____
21-22高三下·湖南·开学考试
知识点:盖斯定律及其有关计算化学平衡的移动及其影响因素化学平衡图像分析化学平衡常数的有关计算 答案解析 【答案】很抱歉,登录后才可免费查看答案和解析!
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二氧化碳的转化和利用成为实现“碳达峰”、“碳中和”的重要研究课题。回答下列问题:
(1)利用CO2和H2可生产乙烯。相关热化学方程式为:
反应I:2CO2(g)+6H2(g) CH2=CH2(g)+4H2O(g) △H1=−246.4 kJ∙mol−1
反应II:CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g) △H2=−166.8 kJ∙mol−1
某催化剂作用下,在容积为2.0L的恒容密闭容器中充入lmolCO2和3molH2,体系中主要发生上述反应I和反应II两个竞争反应。反应进行tmin时测得两种烃的物质的量随温度的变化如图所示,该催化剂在840℃时主要选择反应________(填“I”或“II”);840℃之后,C2H4产量下降的原因是_______

520℃时,0~tmin内用氢气表示反应II的平均反应速率:υ(H2)=_______mol/(L·min)(用含t的代数式表示)。
(2)利用工业废气CO2制甲醇,发生反应III:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H3<0,可一定程度摆脱当下对化石燃料的依赖。
①上述反应自发的条件是________
②在aL密闭容器中,充入不同氢碳比的原料气体,控制温度600K,发生反应III,请在图中画出CH3OH在混合气体中的平衡体积分数随氢碳比递增的变化趋势_________

③一定条件下,将1molCO2和1molH2置于恒容密闭容器中,发生反应III。下列能说明反应达到平衡状态的是_________
A.混合气体的密度保持不变
B.CO2的消耗速率与H2O的消耗速率相等
C.CO2的体积分数保持不变
D.混合气体的平均相对分子质量保持不变
CO2的捕集与转化是当今科学研究的重要课题。以CO2、C2H6为原料合成C2H4涉及的主要反应如下:
I.CO2(g)+C2H6(g)C2H4(g)+H2O(g)+CO(g) △H=+177kJ·mol-1(主反应)
II.C2H6(g)CH4(g)+H2(g)+C(s) H=+9kJ·mol-1(副反应)
I的反应历程可分为如下两步:
①C2H6(g)C2H4(g)+H2(g) H1(反应速率较快)
②H2(g)+CO2(g)H2O(g)+CO(g) H2=+41kJ·mol-1(反应速率较慢)
(1)H1=____
(2)相比于提高c(C2H6),提高c(CO2)对反应I速率影响更大,其原因是____
(3)如图是CO2和C2H6合成C2H4相关物质转化率或选择性与温度变化的关系,则该反应选择的最佳温度为____℃。

(4)在800℃时,将1molCO2和3molC2H6充入10L体积不变的密闭容器中,在有催化剂存在的条件下,只发生反应CO2(g)+C2H6(g)C2H4(g)+H2O(g)+CO(g)。若初始压强为2.0MPa,一段时间后反应达到平衡,平衡时产物的物质的量之和与剩余反应物的物质的量之和相等,则达到平衡时CO2的转化率为____;该温度下反应的平衡常数Kp=____(保留两位有效数字,用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)。
(5)工业上用甲烷催化法制取乙烯,只发生如下反应:2CH4(g)C2H4(g)+2H2(g) H>0,温度T时,向2L恒容密闭容器中充入2molCH4,反应过程中CH4的物质的量随时间变化如图所示。实验测得v=kc2(CH4),v=kc(C2H4)•c2(H2),k、k为速率常数,只与温度有关,则T温度时=____(用含有m的代数式表示)。该反应在____(“高温”或“低温”)下更易自发进行。

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