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解答题-原理综合题 适中0.65 引用2 组卷122
天然气经催化重整转化成合成气后再合成其他化工产品,既可缓解能源浪费,又能生产高附加值产品。以甲烷、二氧化碳为原料催化重整制合成气,体系中可发生如下二个反应:
反应I:
反应Ⅱ:
(1)反应I可分为如下两步:
裂解:
重整:
_____。反应I能够自发进行的条件是_____,判断依据是_____
(2)T℃时,向容器中通入,发生反应I、Ⅱ。后平衡,体系中,压强为p。
①此温度下,反应I的平衡常数_____[对于气相反应,用某组分B的平衡压强代替物质的量浓度也可表示平衡常数,记作,如,p为平衡总压强,为平衡系统中B的物质的量分数]。
②请在图中画出时段,随时间变化曲线并标出的平衡浓度_____

(3)二甲醚是重要的有机化工原料,可通过上述原料制备,反应方程式为:
①在恒温恒压条件进行此反应,下列能说明反应已达到平衡的是_____
A.的反应速率之比为
B.的物质的量之比为
C.混合气体的平均摩尔质量保持不变
D.容器中气体的密度保持不变
时,在容积为的恒容容器中按体积比充入总物质的量为的混合物,发生上述制备反应,平衡时的体积分数对应下图甲中的a点,若调节起始时物质的量之比为,则的平衡体积分数可能对应下图甲中的_____(填“b”“c”或“d”)点。

③某温度下,将充入容积为的密闭容器中,反应达到平衡时,改变压强和温度,平衡体系中的物质的量分数变化情况如上图乙所示,关于温度和压强的关系判断正确的是_____(填序号)。
A. B. C. D.
23-24高二上·浙江杭州·期末
知识点:盖斯定律与热化学方程式化学平衡状态的判断方法化学平衡常数的计算与物质百分含量变化有关图像的分析 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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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
合成氨工业在国民生产中有重要意义,以下是关于合成氨的有关问题,请回答:
(1)若在一容积为2L的密闭容器中加入0.2mol的N2和0.6mol的H2,在一定条件下发生反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g) △H<0,若在5分钟时反应达到平衡,此时测得NH3的物质的量0.2mol。则前5分钟的平均反应速率v(N2)=____。平衡时H2的转化率为____
(2)平衡后,若要提高H2的转化率,可以采取的措施有____
A.加了催化剂B.增大容器体积
C.降低反应体系的温度D.加入一定量N2

(3)若在0.5L的密闭容器中,一定量的氮气和氢气进行如下反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g) △H<0,其化学平衡常数K与温度T的关系如表所示:
T/℃200300400
KK1K20.5
请完成下列问题:
①试比较K1、K2的大小,K1____K2(填“<”、“>”或“=”)。
②下列各项能作为判断该反应达到化学平衡状态的依据是____。(填序号字母)。
A.容器内N2、H2、NH3的物质的量浓度之比为1:3:2
B.v(N2)=3v(H2)
C.容器内压强保持不变
D.混合气体的密度保持不变
③400℃时,反应2NH3(g)N2(g)+3H2(g)的化学平衡常数为____。当测得NH3、N2和H2物质的量分别为3mol、2mol和1mol时,则该反应的v(N2)____v(N2)(填“<”“>”或“=”)。
(4)反应CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g) △H<0。在一定条件下,将1molCO和2molH2通入密闭容器中进行反应,当改变某一外界条件(温度或压强)时,CH3OH的体积分数φ(CH3OH)变化趋势如图所示:

①平衡时,M点CH3OH的体积分数为10%,CO的转化率为____
②X轴上a点的数值比b点____(填“大”“小”)。某同学认为图中Y轴表示温度,你认为他判断的理由是_____
用化学反应原理研究氮的氧化物和硫的氧化物有着重要的意义。
(5)已知:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) △H1
2NO(g)+O2(g)2NO2(g) △H2
NO2(g)+SO2(g)=SO3(g)+NO(g) △H3
则△H3=____(用△H1、△H2表示),如果上述三个反应方程式的平衡常数分别为K1、K2、K3,则K3=____(用K1、K2表示)。
(6)如图所示,甲是恒容的密闭容器,乙是一个体积可变的充气气囊。保持恒温,关闭K2,分别将2molNO和1molO2通过K1、K3分别充入甲、乙中,发生的反应为2NO(g)+O2(g)2NO2(g)[不考虑2NO2(g)N2O4(g)],起始时甲、乙的体积相同均为aL。

①下列说法正确的是_____

a.甲、乙两容器中气体的颜色均不再发生变化,说明两容器中的反应已达平衡状态
b.甲、乙两容器中NO和O2物质的量浓度比均为2:1时,说明两容器中的反应已达平衡状态
c.甲、乙两容器中平衡常数随时间变化如图(1)所示
d.在其它条件一定时,图(2)中曲线表示反应2NO(g)+O2(g)2NO2(g) △H>0达平衡时NO的转化率与温度的关系,图上标有A、B、C、D、E点,其中表示未达平衡状态且v>v的点是A或E
②T℃时,甲容器中反应达到平衡时的平衡常数Kp=8×10-2(kPa)-1。若A容器中反应达到平衡时p(NO2)=200kPa,则平衡时NO的转化率为____。(Kp是用平衡分压代替平衡浓度计算所得平衡常数,分压=总压×物质的量分数)
工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破。其合成原理为:
(1)下列关于工业合成氨的说法正确的是_______。
A.因为,所以该反应一定能自发进行
B.因为,所以该反应一定不能自发进行
C.在高温下进行是为了提高反应物的转化率
D.该反应在低温下能自发进行
(2)在恒温恒容密闭容器中进行合成氨的反应,下列能说明该反应已达到平衡状态的是_______。
A.容器内的浓度之比为1∶3∶2
B.百分含量保持不变
C.容器内压强保持不变
D.混合气体的密度保持不变
(3)某科研小组研究:在其他条件不变的情况下,不同温度时,固定氮气的投入量,起始氢气的物质的量与平衡时氨气的百分含量关系如图:

①图像中的关系是:_______(填“>,<或=”)。
②a、b、c、d四点所处的平衡状态中,反应物的转化率最高的是:_______
③合成氨工业中,为提高氨气的平衡产率,除适当控制反应的温度和压强外,还可采取的措施是_______
(4)恒温下,向一个4L的恒容密闭容器中充入,反应过程中对的浓度进行检测
①20min后,反应达平衡,氨气的浓度为,用表示的平均反应速率为_______。且此时,混合气体的总压强为p,则该反应的化学平衡常数_______[对于气相反应,用某组分B的平衡压强代替物质的量浓度也可表示平衡常数,记作,如,p为平衡总压强,为平衡系统中B的物质的量分数]。
②若维持容器体积不变,温度不变,向原平衡体系中再加入,再次达平衡后,氨气的浓度_______(填“大于”或“小于”或“等于”)。

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