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解答题-原理综合题 适中0.65 引用1 组卷196
以氢气、一氧化碳为主要组分的合成气是一种重要的化工原料,可以合成二甲醚、甲醇等许多重要的化工产品。回答下列问题:
(1)已知反应Ⅰ:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(l) H1=-2.8kJ·mol-1
反应Ⅱ:2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g) H2=-122.5kJ·mol-1
1mol液态水全部蒸发为气态水吸收44.0kJ的能量,则以气态CO和气态H2为原料制备气态CH3OCH3和水蒸气的热化学方程式是___
(2)在一温度恒定的密闭容器中通入一定量的CO和H2,在催化剂作用下转化为CH3OCH3(g),当CO与H2的投料比为____时,混合气体CH3OCH3的体积分数最大;为了提高CH3OCH3的平衡产率,不改变温度,可以采取的措施有____(答出一条即可)。
(3)改用不同的催化剂可以利用合成气制备甲醇,反应方程式为CO(g)+2H2(g)CH3OCH3(g) H<0,v=kx(CO)·x2(H2),v=kx(CH3OCH3),k、k分别为正逆反应速率常数,x为物质的量分数。
①该反应在某条件下达到平衡后,降低温度,k___(填“增大”或“减小,下同),k___,且k的变化程度___(填“大于”“小于”“等于”)k变化的程度。
②在实验室模拟工业合成甲醇的反应,在一恒压密闭容器内充入1mol CO、2mol H2和1mol He(代替合成气中的杂质,不参与反应),测得压强为pMPa,加入合适催化剂后在恒温条件下开始反应,测得容器的体积变化如表:
反应时间/min0102030405060
容器体积/L43.53.23.02.92.82.8
则氢气的平衡转化率为___,该温度下的平衡常数Kp____(MPa)-2(Kp为以分压表示的平衡常数,请用含p的式子表示)。
(4)利用二氧化碳和甲烷经催化重整,可以制得合成气:CO2(g)+CH4(g)2CO(g)+2H2(g),按一定体积比加入甲烷和二氧化碳,在恒容条件下发生反应,温度对CO和H2产率的影响如图所示。则下列叙述正确的是___
A.该反应H>0
B.此反应的优选温度为1000℃
C.在恒压条件下进行该反应,产率将更高
D.催化剂的使用可以降低反应的活化能,从而使平衡产率提高
21-22高三下·山东聊城·开学考试
知识点:盖斯定律与热化学方程式化学平衡的移动及其影响因素化学平衡常数的影响因素及应用 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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用CO2、CO和H2在催化剂作用下制取甲烷、甲醇、乙烯等有重要的意义。
(1)已知

①已知:H2的标准燃烧热为286kJ·mol-1,H2O(g)=H2O(1) △H3=-44kJ·mol-1,计算△H1=_____kJ·mol-1
②已知在一定温度下的发生反应:,(k、k只是温度的函数)。若该温度下的平衡常数K=10,则k=_____k。升高温度,k增大的倍数_____(填“大于”“小于”或等于”)k增大的倍数。
(2)利用CO和H2在催化剂的作用下合成甲醇,发生的反应如下:。向恒容为2L的密闭反应器中按物质的量之比1:2充入CO和H2,测得平衡混合物中CH3OH的体积分数在不同压强下随温度的变化如图所示。下列说法正确的_____。
   
A.该反应的△H<0,且p1>p2
B.C点时,CO转化率为75%
C.A、B、C、D的平衡常数大小关系:A=B>C>D
D.若p1时最初充入1molCO,经过5min达到B点的平衡状态,此段时间v(CH3OH)=l.75mol·L-1.min-1
(3)以CO2为原料催化加氢合成C2H4的反应方程式:。常压下,FeCoMnK/BeO作催化剂,按n(CO2):n(H2)=l:3(总物质的量为4amol)的投料比充入密闭容器中发生反应,测得温度对CO2的平衡转化率和催化剂催化效率影响情况如图1所示。
①250℃下,上述反应达到平衡时容器体积为VL,则此温度下该反应的平衡常数为_____(用含a、V的代数式表示)。
②若反应开始时,在0.1MPa条件下,以n(H2):n(CO2)=3:1的投料比充入体积固定的密闭容器中,发生上述反应,不同温度下平衡时的四种气态物质的物质的量分数如图2所示。
   
若氢气和二氧化碳的物质的量之比为n:1(n≥3)进行投料,温度控制为120℃,相应平衡体系中乙烯的产率为x,在图3中绘制x随n(n≥3)变化的示意图_____(标出曲线的起点坐标)。
H2作为一种清洁能源,被视为未来的能源媒介。目前,工业上H2的大规模生产多采用甲烷的重整。镍基催化剂作用下,CH4与H2O重整制备水煤气的反应原理如下:
主反应:CH4(g)+ H2O(g)CO(g)+3H2(g) △H
副反应1:CO(g)+ H2O(g) CO2(g) +H2(g) △H1=-41.2 kJ·mol-1
副反应2:CH4(g)+2H2O(g) CO2(g)+4H2(g) △H2=+165 kJ·mol-1
回答下列问题:
(1)△H = _______;已知主反应分两步进行且第二步反应为NiCH2+NiOCO+H2+2Ni,则第一步反应的化学方程式为_____
(2)恒压密闭容器中,CH4(g)和H2O(g)按投料比为1 : 3发生催化重整制备水煤气。测得不同温度下反应达到平衡时CH4的转化率和H2的摩尔分数(体积分数)变化曲线如图所示。

①900 °C前,升高温度,CH4的转化率变化较大,H2的摩尔分数变化较小,试分析H2的摩尔分数变化较小的主要原因是___________
②压强为p0、900 °C达到平衡时,H2O(g)的转化率为_____,CO 和CO2物质的量之比为______,主反应的平衡常数Kp=______ (Kp为用分压表示的平衡常数;p=p×物质的量分数)。
(3)在恒容密闭容器中充入一定量CH4(g)和H2O(g)发生催化重整制备水煤气的反应。
①主反应的速率方程为:v=k· c(CH4)·c(H2O),v=k·c3(H2) ·c(CO)(k、k均为速率常数,只与温度有关)。达到平衡后,升高温度,k、k变化趋势正确的是_________ (填标号)。
A.k增大,k减小
B.k、k都增大且增大的倍数相等
C.k增大的倍数小于k增大的倍数
D.k增大的倍数大于k增大的倍数
②在相同时间内,不同催化剂条件下,测得H2的产率随温度的变化曲线如图所示。则在催化剂____ (填“Ni- CeO2”或“Ni- MgO”)作用下,上述反应活化能较小。900~ 1000°C时两曲线重合的原因是___;T> 1000 °C时,H2产率均突然降低的可能原因是___(答一条即可)。
甲醇可采用多种方法制备,其用途广泛,是重要的化工原料。
Ⅰ.利用合成气(CO、CO2、H2)在催化剂作用下合成甲醇,发生反应如下:
①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)
②CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g) + H2O(g)
(1)反应①过程中能量变化如下图所示,下列说法正确的是______________(填选项标号)。

A.①反应的△H=逆反应活化能-正反应活化能
B.把1molCO(g)和2molH2(g)充入密闭容器中充分反应,达平衡时放出的热量为91kJ
C.从图中信息可知加入催化剂能改变反应历程和热效应
D.相同条件下,CO(g)和H2(g)反应生成1mol液态CH3OH放出的热量大于91kJ
(2) 现利用①和②两个反应合成CH3OH, 已知CO可使反应的催化剂寿命下降。
若氢碳比表示为f= [(n(H2)-n(CO2)]/[(n(CO)-n(CO2)],则理论上f=______________时,原料气的利用率最高。但生产中往往采用略高于该值的氢碳比,理由是:______________________________
Ⅱ.甲醇可用于制取甲酸甲酯,其反应方程式为:CH3OH(g)+CO(g)HCOOCH3(g) △H<0。科研人员的部分研究结果如下:

(3)从反应压强对甲醇转化率的影响“效率”图和生产成本角度分析,工业制取甲酸甲酯应选择的最佳压强是______________________(填“3.5×106 Pa”“4.0×106 Pa”或“5.0×106 Pa”)。
(4)实际工业生产中采用的温度是80℃,其理由是_______________________________________
Ⅲ.甲醇还可以用于合成二甲醚,发生的反应为2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)
已知该反应在某温度下的平衡常数为900,此温度下,在密闭容器中加入CH3OH,反应到某时刻测得各组分浓度如下:
物质CH3OHCH3OCH3H2O
浓度(mol/L)1.250.90.9

(5)比较此时正、逆反应速率的大小: v___________v (填“>“<”或“=”)。
(6) 若加入CH3OH后,经6min反应达到平衡,则该时间内平均反应速率v (CH3OH) =___________mol/ (L·min)。

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