解答题-原理综合题 适中0.65 引用1 组卷60
石油裂解产生的乙烯含有0.5%～3%乙炔，乙炔在Ziegler－Natta催化剂中会使乙烯聚合失活。乙炔选择性加氢已经被证明是提纯乙烯最有效的技术之一。回答下列问题：
(1)已知25℃、101kPa下，相关物质的燃烧热数据如下表：
乙炔半氢化反应
的
=_____________ 。
(2)在其他条件相同时，在不同的Pd基催化剂作用下，乙炔的转化率及乙烯的选择性随反应温度的变化如图a、b所示。已知：乙烯的选择性=
。______________ 。
②为保证该转化过程，需要过量的氢气，缺点是________________ 。
③某温度下，在刚性容器中发生乙炔半氢化反应，已知
与
的初始投料比[
]为1∶10，的平衡转化率为90%（忽略其他副反应的发生）。若初始的总压强为
；则平衡时体系的压强＝___________ （用列出计算式即可，下同）；该反应的平衡常数
___________ 。（用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数）
④制备基于MOFs（金属有机框架）薄膜材料为/
混合气体分离提供了一种经济高效的技术。该材料孔径大小和形状恰好将“固定”，能高效选择性吸附，原理示意如图。最接近的是__________ 。（填标号）
A．利用
萃取碘水
B．利用“杯酚”分离
和
C．利用饱和碳酸钠溶液除去乙酸乙酯中的少量乙酸
(3)在工业领域也可用N，N－二甲基甲酰胺（
）粗乙烯中回收乙炔。N，N－二甲基甲酰胺是极性亲水性溶剂，其可与水任意比互溶的原因是__________________________ 。
(1)已知25℃、101kPa下，相关物质的燃烧热数据如下表：
物质 |
|
|
|
燃烧热（△H）/ | －1299.6 | －285.8 | －1411.0 |
的=(2)在其他条件相同时，在不同的Pd基催化剂作用下，乙炔的转化率及乙烯的选择性随反应温度的变化如图a、b所示。已知：乙烯的选择性=
。
图a 图b
①若在实际生产中，选择Pd@H－Zn/Co－ZIF催化剂、50～60℃的反应条件，其依据是：②为保证该转化过程，需要过量的氢气，缺点是
③某温度下，在刚性容器中发生乙炔半氢化反应，已知
与的初始投料比[]为1∶10，的平衡转化率为90%（忽略其他副反应的发生）。若初始的总压强为；则平衡时体系的压强＝列出计算式即可，下同）；该反应的平衡常数④制备基于MOFs（金属有机框架）薄膜材料为
/混合气体分离提供了一种经济高效的技术。该材料孔径大小和形状恰好将“固定”，能高效选择性吸附，原理示意如图。
最接近的是A．利用
萃取碘水B．利用“杯酚”分离
和C．利用饱和碳酸钠溶液除去乙酸乙酯中的少量乙酸
(3)在工业领域也可用N，N－二甲基甲酰胺（
）粗乙烯中回收乙炔。N，N－二甲基甲酰胺是极性亲水性溶剂，其可与水任意比互溶的原因是2024·山西太原·三模
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苯乙烯是生产塑料与合成橡胶的重要原料。CO2氧化乙苯脱氢制苯乙烯的反应为：
反应I：
(g)+CO2(g)
(g)+H2O(g)+CO(g) △H1
反应II： (g) (g)+H2(g) △H2
反应III：CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g) △H3=+41.2kJ•mol-1
回答下列问题：
(1)已知部分物质的燃烧热数据如表，利用表中数据计算△H2=_______ kJ•moL-1(用a、b、c表示)。
(2)下列关于反应I～III的说法正确的是_______ (填标号)。
(3)在催化剂MxOy作用下，CO2氧化乙苯脱氢制苯乙烯可能存在如图所示反应机理：
该机理可表示为以下两个反应，请补充反应ii。
i： (g)+MxOy(s)→ (g)+MxO(y-1)(s)+H2O(g)；
ii：_______ 。
(4)常压下，乙苯和CO2经催化剂吸附后才能发生上述反应I。控制投料比[n(CO2)∶n(乙苯)]分别为1：1、5：1和10：1，并在催化剂作用下发生反应，乙苯平衡转化率与反应温度的关系如图所示：
①乙苯平衡转化率相同时，投料比越高，对应的反应温度越_______ (填“高”或“低”)。
②相同温度下，投料比远大于10：1时，乙苯的消耗速率明显下降，可能的原因是：i.乙苯的浓度过低；ii._______ 。
③850K时，反应经tmin达到图中P点所示状态，若初始时乙苯的物质的量为nmol，则v(苯乙烯)=______ mol•min-1。
(5)700K时，向恒容密闭容器中加入过量CaCO3和一定量乙苯，一定条件下发生反应I，初始和平衡时容器内压强分别为p1kPa和p2kPa，则平衡时苯乙烯的分压为_______ kPa(以含有p1、p2、p的代数式表示)。[已知：①混合气体中某组分的分压等于总压与该气体物质的量分数之积；以平衡分压代替平衡浓度进行计算，可得反应的分压平衡常数Kp。②CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g) Kp=pkPa]
反应I：
(g)+CO2(g) (g)+H2O(g)+CO(g) △H1反应II：
(g) (g)+H2(g) △H2反应III：CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g) △H3=+41.2kJ•mol-1
回答下列问题：
(1)已知部分物质的燃烧热数据如表，利用表中数据计算△H2=
| 物质 | 乙苯 | 苯乙烯 | 氢气 |
| 燃烧热用焓变表示(kJ•mol-1) | -a | -b | -c |
| A．及时分离出水蒸气，有利于提高平衡混合物中苯乙烯的含量 |
| B．n(CO2)∶n(CO)保持恒定时，说明反应I达到化学平衡状态 |
| C．其他条件相同，反应II分别在恒容和恒压条件下进行，前者乙苯的平衡转化率更高 |
| D．反应III正反应的活化能小于逆反应的活化能 |
该机理可表示为以下两个反应，请补充反应ii。
i：
(g)+MxOy(s)→ (g)+MxO(y-1)(s)+H2O(g)；ii：
(4)常压下，乙苯和CO2经催化剂吸附后才能发生上述反应I。控制投料比[n(CO2)∶n(乙苯)]分别为1：1、5：1和10：1，并在催化剂作用下发生反应，乙苯平衡转化率与反应温度的关系如图所示：
①乙苯平衡转化率相同时，投料比越高，对应的反应温度越
②相同温度下，投料比远大于10：1时，乙苯的消耗速率明显下降，可能的原因是：i.乙苯的浓度过低；ii.
③850K时，反应经tmin达到图中P点所示状态，若初始时乙苯的物质的量为nmol，则v(苯乙烯)=
(5)700K时，向恒容密闭容器中加入过量CaCO3和一定量乙苯，一定条件下发生反应I，初始和平衡时容器内压强分别为p1kPa和p2kPa，则平衡时苯乙烯的分压为
2CO(g)+2H2(g) 
=
充入恒温恒容密闭容器中，测得容器中总压强p总随时间的变化如图所示：
×100%。 甲醇是一种可再生的清洁能源，具有广阔的开发和应用前景。
（1）已知①CH3OH(g)+H2O(l)=CO2(g)+3H2(g) ΔH= + 93.0kJ·mol－1
②CH3OH(g)+
O2(g)=CO2(g)+2H2(g) ΔH=－192.9 kJ·mol－1
③甲醇的燃烧热为726.51kJ·mol-1。
要写出表示甲醇燃烧热的热化学方程式，还缺少的热化学方程式为________________ 。
（2）甲醇可采用煤的气化、液化制取(CO+2H2⇌CH3OH ΔH<0)。在T1℃时，体积为2L的恒容容器中充入物质的量之和为3mol的H2和CO，反应达到平衡时CH3OH的体积分数(V%)与
的关系如图所示。
①当起始=2，经过5min达到平衡，0~5min内平均反应速率v(H2)=0.1mol⋅L-1⋅min-1，则该条件CO的平衡转化率为_____ ；若其它条件不变，在T2℃(T2>T1)下达到平衡时CO的体积分数可能是____ (填标号)
A.<
B.=C.~
D.=E.>
②当=3.5时，达到平衡状态后，CH3OH的体积分数可能是图象中的____ 点
选填“D”、“E”或“F”)。
（3）制甲醇的CO和H2可用天然气来制取：CO2(g)+CH4(g)⇌2CO(g)+2H2(g)。在某一密闭容器中有浓度均为0.1mol·L−1的CH4和CO2，在一定条件下反应，测得CH4的平衡转化率与温度及压强的关系如图所示，则该反应的ΔH______ (选填“大于”“小于”或“等于”）0。压强p1_______ (选填“大于”或“小于”)p2。当压强为p2时，在y点：v(正)__________ (选填“大于”“小于”或“等于”)v(逆)。若p2=6Mpa，则T℃时该反应的平衡常数Kp=_____ MPa2（用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数）。
（4）研究表明：CO2和H2在一定条件下也可以合成甲醇，反应方程式为CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g) [反应Ⅰ]。
①一定条件下，往2L恒容密闭容器中充入2.0mol CO2和4.0mol H2，在不同催化剂作用下合成甲醇，相同时间内CO2的转化率随温度变化如下图所示，其中活化能最高的反应所用的催化剂是____ (填“A”、“B”或“C”)。
②在某催化剂作用下，CO2和H2除发生反应①外，还发生如下反应CO2(g)+H2(g)⇌CO(g)+H2O(g)[反应Ⅱ]。维持压强不变，按固定初始投料比将CO2和H2按一定流速通过该催化剂，经过相同时间测得实验数据：
注：甲醇的选择性是指发生反应的CO2中转化为甲醇的百分比。
表中数据说明，升高温度，CO2的实际转化率提高而甲醇的选择性降低，其原因是_________ 。
（1）已知①CH3OH(g)+H2O(l)=CO2(g)+3H2(g) ΔH= + 93.0kJ·mol－1
②CH3OH(g)+
O2(g)=CO2(g)+2H2(g) ΔH=－192.9 kJ·mol－1③甲醇的燃烧热为726.51kJ·mol-1。
要写出表示甲醇燃烧热的热化学方程式，还缺少的热化学方程式为
（2）甲醇可采用煤的气化、液化制取(CO+2H2⇌CH3OH ΔH<0)。在T1℃时，体积为2L的恒容容器中充入物质的量之和为3mol的H2和CO，反应达到平衡时CH3OH的体积分数(V%)与
的关系如图所示。①当起始
=2，经过5min达到平衡，0~5min内平均反应速率v(H2)=0.1mol⋅L-1⋅min-1，则该条件CO的平衡转化率为A.<
B.=C.~D.=E.>②当
=3.5时，达到平衡状态后，CH3OH的体积分数可能是图象中的选填“D”、“E”或“F”)。（3）制甲醇的CO和H2可用天然气来制取：CO2(g)+CH4(g)⇌2CO(g)+2H2(g)。在某一密闭容器中有浓度均为0.1mol·L−1的CH4和CO2，在一定条件下反应，测得CH4的平衡转化率与温度及压强的关系如图所示，则该反应的ΔH
（4）研究表明：CO2和H2在一定条件下也可以合成甲醇，反应方程式为CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g) [反应Ⅰ]。
①一定条件下，往2L恒容密闭容器中充入2.0mol CO2和4.0mol H2，在不同催化剂作用下合成甲醇，相同时间内CO2的转化率随温度变化如下图所示，其中活化能最高的反应所用的催化剂是
②在某催化剂作用下，CO2和H2除发生反应①外，还发生如下反应CO2(g)+H2(g)⇌CO(g)+H2O(g)[反应Ⅱ]。维持压强不变，按固定初始投料比将CO2和H2按一定流速通过该催化剂，经过相同时间测得实验数据：
| T(K) | CO2实际转化率（%） | 甲醇选择性（%） |
| 543 | 12.3 | 42.3 |
| 553 | 15.3 | 39.1 |
注：甲醇的选择性是指发生反应的CO2中转化为甲醇的百分比。
表中数据说明，升高温度，CO2的实际转化率提高而甲醇的选择性降低，其原因是
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