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解答题-原理综合题 较难0.4 引用1 组卷51
目前,大规模和低成本制取氢能实质上都是通过烃重整实现的,该过程主要是甲烷水蒸气重整,包括以下两步气相化学催化反应:
反应Ⅰ: CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)  ∆H=+206 kJ·mol-1
反应Ⅱ: CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)  ∆H=-41 kJ·mol-1
(1)反应:CH4(g)+2H2O(g)CO2(g)+4H2(g)  ∆H= ___________
(2)将2molCO和lmolH2O充入某容积不变的绝热密闭容器中,发生反应Ⅱ,下列说法正确的是___________
A.断2个O-H键同时 断2个C=O键,能判断反应Ⅱ达到平衡
B.混合气体的密度保持不变,能判断反应Ⅱ达到平衡
C.混合气体的平均相对分子质量保持不变,能判断反应Ⅱ达到平衡
D.容器内温度不再变化,能判断反应Ⅱ达到平衡
E.反应Ⅱ平衡后,充入氮气,压强增大,平衡不移动
(3)甲烷水蒸气重整得到的CO2与H2,可以催化重整制备CH3OCH3,制备的过程中存在反应:
①2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)  ∆H<0;
②CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)  ∆H>0。
向密闭容器中以物质的量之比为1:3充入CO2与H2,实验测得CO2的平衡转化率随温度和压强的变化关系如图所示,P1、P2、 P3由大到小的顺序为___________ ;T2°C时主要发生反应___________。(填“①”或“②”),CO2平衡转化率随温度变化先降后升的原因为___________

(4)甲烷水蒸气重整得到的CO2和H2, 也可用来制备甲醇,反应方程式CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ∆H<0, 某温度下,将1 mol CO2和1 mol H2充入体积不变的2L密闭容器中,初始总压为8MPa,发生上述反应,测得不同时刻反应后与反应前的压强关系如表:
时间/h12345
0.920.850.790.750.75
①用CO2表示前2h的平均反应速率v(CO2)=___________mol/(L·h)。
②该条件下的分压平衡常数为Kp=___________ (MPa)-2(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)。
23-24高二上·福建莆田·期末
知识点:盖斯定律及其有关计算化学反应速率计算化学平衡的移动及其影响因素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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当今世界多国相继规划了碳达峰、碳中和的时间节点,中国承诺2030年前,二氧化碳的排放不再增长,达到峰值之后逐步降低。2060年前实现“碳中和”,体现了中国对解决气候问题的大国担当。因此,降低空气中二氧化碳含量成为研究热点,其中研发二氧化碳的利用技术,将二氧化碳转化为能源是缓解环境和解决能源问题的方案之一。
I.二氧化碳在一定条件下转化为甲烷,其反应过程如下图所示。

已知:CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)H1=-205kJ·mol-1
反应II:CO(g)+3H2(g)CH4(g)+H2O(g)H2=-246kJ·mol-1
(1)则反应I的热化学方程式为_______
(2)一定条件下,向2L恒容密闭容器中加入1molCO2和5molH2,只发生上述反应I和反应II;10min后容器内总压强(P)不再变化,容器中CH4为0.6mol,CO2为0.2mol,H2O为1.4mol,10min内H2的平均反应速率v(H2)=_______反应II的平衡常数Kp=_______(用含字母P的代数式表示,已知Kp是用反应体系中气体物质的分压来表示的平衡常数,即将K表达式中平衡浓度用平衡分压代替,某气体分压=气体总压强×该气体的物质的量分数)
II.在催化剂作用下CO2加氢还可制得甲醇CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)∆H=50kJ/mol。
(3)能说明反应CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)H=50kJ/mol已达平衡状态的是_______(填字母)。
A.单位时间内生成1molCH3OH(g)的同时消耗了3molH2(g)
B.在恒温恒容的容器中,混合气体的密度保持不变
C.在绝热恒容的容器中,反应的平衡常数不再变化
D.在恒温恒压的容器中,气体的平均摩尔质量不再变化

III.CO2与H2催化重整制备CH3OCH3的过程中存在反应:
①2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)H<0;
②CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)H>0。
(4)向密闭容器中以物质的量之比为1:3充入CO2与H2实验测得CO2的平衡转化率随温度和压强的变化关系如图所示。P1、P2、P3由大到小的顺序为_______;T2°C时主要发生反应_______。(填“①”或“②”),CO2平衡转化率随温度变化先降后升的原因为_______
烃(碳氢化合物)在工业生产、生活中有重要用途。
(1)工业由丁烯(C4H8)高温裂解制备丙烯(C3H6)和乙烯(C2H4),其主要反应原理为:
反应I:C4H8(g)C3H6(g)     H1
反应II:C4H8(g) 2C2H4(g)     H2
①已知烃的裂解是吸热反应,则H1_______ H2 (填“>”、 “=”或“<”) 。
②若某温度下反应达到平衡时C4H8、 C3H6、 C2H4的体积分数分别为20%、70%、 10%, 平衡时总压强为p,请计算该温度下反应II的平衡常数Kp=_______(Kp为用气体的分压表示的平衡常数,分压=气体的体积分数×体系总压)
③工业上用丁烯裂解制乙烯时,通常在保持压强不变的情况下,向反应体系充适量水蒸气以提高平衡转化率,其原理是_______
(2)甲烷的转化和利用在天然气化工行业有非常重要的作用。甲烷重整技术主要是利用甲烷和其他原料来制备合成气(CO和H2混合气体)。常见的重整技术有甲烷-水蒸气重整,其反应为:CH4(g)+H2O(g) CO(g) + 3H2(g)   H>0;图为反应压强为0.3 MPa,投料比为1,在三种不同催化剂催化作用下,经过相同反应时间,甲烷—水蒸气重整反应中CH4转化率随温度变化的关系。

下列说法正确的是_______
A.在相同条件下,三种催化剂I、II、 III的催化效率由高到低的顺序是I> II>III
B.b点CH4的转化率高于a点,原因是b、a两点均未达到平衡状态,b点温度高,反应速率较快,故CH4的转化率较大
C.C点一定未达到平衡状态
D.催化剂只改变反应速率不改变平衡移动,所以在850℃时,不同催化剂(I、II、III)作用下达平衡时CH4的转化率相同
(3)由甲烷制得的合成气(CO和H2),在500 ℃下合成甲醇的反应原理为:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g);在1L的密闭容器中,充入1molCO2和3molH2,测得CO2(g)和CH3OH(g)的浓度随时间变化如图所示。

①CO2平衡时的体积分数为_______
②下列能说明该反应已达到平衡状态的是 _______
A.v(CH3OH) =3v(H2)
B.CO2、H2、CH3OH和H2O浓度之比为1:3:1:1
C.容器内气体的压强不再变化
D.气体的密度不再变化
③500℃、在2个容积都是2L的密闭容器中,按不同方式投入反应物,保持恒温、恒容,测得反应达到平衡时的有关数据如表:
容器容器甲容器乙
反应物起始投入量1mol CO2, 3mol H20.5mol CO2,1mol H2,1molCH3OH,1mol H2O
CH3OH的平衡浓度/mol·L-1c1c2
则乙容器中反应起始向 _______(填“正反应”或“逆反应”)方向进行, c1_______ (填“>”“<”或“=”)c2

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