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:
则_____ 。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
②时,在容积为的恒容容器中按体积比充入总物质的量为和的混合物,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,将和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.
反应I:
反应Ⅱ:
(1)反应I可分为如下两步:
裂解:
重整:
则
(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
②请在图中画出时段,随时间变化曲线并标出的平衡浓度
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
②时,在容积为的恒容容器中按体积比充入总物质的量为和的混合物,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
A. B. C. D.
23-24高二上·浙江杭州·期末
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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正(CH3OH) =3v逆(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:
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。
(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
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=
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正(CH3OH) =3v逆(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 H2 | 0.5mol CO2,1mol H2,1molCH3OH,1mol H2O |
CH3OH的平衡浓度/mol·L-1 | c1 | 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____ 。
(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:
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)正=3v(H2)逆
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)正____ v(N2)逆(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正>v逆的点是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)
(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)=
(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/℃ | 200 | 300 | 400 |
K | K1 | K2 | 0.5 |
①试比较K1、K2的大小,K1
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
A.容器内N2、H2、NH3的物质的量浓度之比为1:3:2
B.v(N2)正=3v(H2)逆
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
(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
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=
(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正>v逆的点是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
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_______。
(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_______。
(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图像中和的关系是:_______ (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和,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和,再次达平衡后,氨气的浓度_______ (填“大于”或“小于”或“等于”)。
(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 |
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 |
①图像中和的关系是:
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和,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
②若维持容器体积不变,温度不变,向原平衡体系中再加入和,再次达平衡后,氨气的浓度
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