甲烷的直接轉(zhuǎn)化具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值,因此備受科學(xué)家關(guān)注。請(qǐng)回答下列問(wèn)題:
方法Ⅰ:CH4(g)+12O2(g)?CH3OH(g)ΔH1=-126.4kJ/mol
方法Ⅱ:CH4(g)+H2O(g)?CH3OH(g)+H2(g)ΔH2
已知H2的燃燒熱為285.8kJ/mol,H2O(l)=H2O(g)ΔH=+44kJ/mol,則ΔH2=+115.4kJ/mol+115.4kJ/mol。
(2)某工廠采用方法Ⅰ生產(chǎn)甲醇。在200℃下,向容積為5L的恒容密閉反應(yīng)器中加入催化劑,并充入6.0kPaCH4、4.8kPaO2和一定量He使反應(yīng)充分進(jìn)行,體系的總壓強(qiáng)隨時(shí)間的變化如圖1所示。
①下列措施可以提高CH4的平衡轉(zhuǎn)化率的是 CC(填標(biāo)號(hào))。
A.升高溫度
B.反應(yīng)達(dá)到平衡后,再充入一定量He
C.投料比不變,增大反應(yīng)物濃度
②達(dá)到平衡時(shí)體系中CH3OH的體積分?jǐn)?shù)為 65.2%65.2%(精確到0.1%)。
③該反應(yīng)溫度下,方法Ⅰ的標(biāo)準(zhǔn)壓力平衡常數(shù)KθP=5.91000.1100×(1.85100)125.91000.1100×(1.85100)12(列出計(jì)算式)。
[已知:分壓=總壓×該組分物質(zhì)的量分?jǐn)?shù),對(duì)于反應(yīng)dD(g)+eE(g)?gG(g)+hH(g),Kθp=(pCpθ)g?(pHpθ)h(pDpθ)d?(pEpθ)e,其中pθ=100kPa,pC、pH、pD、pE為各組分的平衡分壓。]
④若將容器改為絕熱容器,初始溫度為200℃,其他條件不變,達(dá)到新平衡時(shí),甲醇產(chǎn)率降低,原因是 反應(yīng)為放熱反應(yīng),絕熱容器中溫度升高,不利于主反應(yīng)正向進(jìn)行,甲醇的產(chǎn)率降低反應(yīng)為放熱反應(yīng),絕熱容器中溫度升高,不利于主反應(yīng)正向進(jìn)行,甲醇的產(chǎn)率降低。
(3)為提高生產(chǎn)效率,利用方法Ⅱ進(jìn)行連續(xù)生產(chǎn)時(shí)采用如圖2所示的步驟控制體系溫度和通入氣體(各階段氣體流速相同)。
已知大多數(shù)氣體分子在催化劑表面的吸附過(guò)程是放熱的,He不會(huì)在催化劑表面吸附,吸附和解吸附不會(huì)導(dǎo)致體系溫度的變化。通入CH4發(fā)生反應(yīng)前,要往反應(yīng)器中通入O2從而活化催化劑,活化催化劑后持續(xù)通入He一段時(shí)間的目的是 吹去體系中的O2吹去體系中的O2;請(qǐng)從反應(yīng)速率的角度說(shuō)明,通入CH4后反應(yīng)溫度維持在200℃的原因:溫度過(guò)低,反應(yīng)速率降低溫度過(guò)低,反應(yīng)速率降低。
(4)用ZrO2/NiCo2O4作電解催化劑也可以實(shí)現(xiàn)甲烷的直接轉(zhuǎn)化,裝置如圖3所示。
寫(xiě)出ZrO2/NiCo2O4電極的反應(yīng)式:3CH4?6e?+H2O+6CO2-3=CH3CH2CH2OH+6HCO-33CH4?6e?+H2O+6CO2-3=CH3CH2CH2OH+6HCO-3。
1
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0
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×
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【答案】+115.4kJ/mol;C;65.2%;;反應(yīng)為放熱反應(yīng),絕熱容器中溫度升高,不利于主反應(yīng)正向進(jìn)行,甲醇的產(chǎn)率降低;吹去體系中的O2;溫度過(guò)低,反應(yīng)速率降低;3CH4?6e?+H2O+6C=CH3CH2CH2OH+6
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【解答】
【點(diǎn)評(píng)】
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發(fā)布:2024/5/1 8:0:8組卷:43引用:1難度:0.5
相似題
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1.CO2的捕集與轉(zhuǎn)化是當(dāng)今科學(xué)研究的重要課題。以CO2、C2H6為原料合成C2H4涉及的主要反應(yīng)如下:
Ⅰ.CO2(g)+C2H6(g)?C2H4(g)+H2O(g)+CO(g)ΔH=+177kJ?mol-1(主反應(yīng))
Ⅱ.C2H6(g)?CH4(g)+H2(g)+C(S)ΔH=+9kJ?mol-1(副反應(yīng))
(1)反應(yīng)Ⅰ的反應(yīng)歷程可分為如下兩步:
i.C2H6(g)?C2H4(g)+H2(g)ΔH1(反應(yīng)速率較快)
ii.H2(g)+CO2(g)?H2O(g)+CO(g)ΔH2=+41kJ?mol-1(反應(yīng)速率較慢)
①ΔH1=
②相比于提高c(C2H6),提高c(CO2)對(duì)反應(yīng)I速率影響更大,其原因是
(2)向恒壓密閉容器中充入CO2和C2H6合成C2H4,選擇不同溫度對(duì)相關(guān)量的影響如圖所示,工業(yè)生產(chǎn)綜合各方面的因素,反應(yīng)選擇800℃的原因是
(3)在800℃時(shí),=n(CO2)n(C2H6),充入一定體積的密閉容器中,在有催化劑存在的條件下,只發(fā)生主反應(yīng),初始?jí)簭?qiáng)為P,一段時(shí)間達(dá)到平衡,產(chǎn)物的物質(zhì)的量之和與剩余反應(yīng)物的物質(zhì)的量之和相等,該溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp=13
(4)工業(yè)上用甲烷催化法制取乙烯,只發(fā)生如下反應(yīng):2CH4?C2H4+2H2ΔH>0,溫度T時(shí),向2L的恒容反應(yīng)器中充入2mol CH4,僅發(fā)生上述反應(yīng),反應(yīng)過(guò)程中CH4的物質(zhì)的量隨時(shí)間變化如圖所示。實(shí)驗(yàn)測(cè)得v正=k正c2(CH4),v逆=k逆c(C2H4)?c2(H2),k正、k逆為速率常數(shù),只與溫度有關(guān),則T溫度時(shí)═k逆k正
(5)我國(guó)科學(xué)家使用電化學(xué)的方法(裝置如圖)用C2H6和CO2合成了C2H4。
①M(fèi)是電源的
②陽(yáng)極電極反應(yīng)式是發(fā)布:2024/12/17 20:30:1組卷:24引用:2難度:0.6 -
2.一定條件下,可逆反應(yīng)的平衡常數(shù)可以用平衡濃度計(jì)算,也可以用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù).在恒溫恒壓條件下,總壓不變,用平衡分壓計(jì)算平衡常數(shù)更方便.下列說(shuō)法不正確的是( ?。?/h2>
發(fā)布:2024/12/21 8:0:2組卷:134引用:1難度:0.7 -
3.工業(yè)上可用“氨催化氧化法”生產(chǎn)NO,以氨氣、氧氣為原料,在Pt-Rh合金催化劑存在下生成NO和副產(chǎn)物N2,兩個(gè)競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)化學(xué)方程式如下:
Ⅰ.4NH3(g)+5O2(g)?4NO(g)+6H2O(g)
Ⅱ.4NH3(g)+3O2(g)?2N2(g)+6H2O(g)
現(xiàn)將1molNH3、1.45molO2充入1L恒容密閉容器中,在上述催化劑作用下反應(yīng),相同時(shí)間內(nèi)有關(guān)生成物物質(zhì)的量隨溫度變化曲線如圖所示。
已知:有效轉(zhuǎn)化率=×100%制備目標(biāo)物質(zhì)消耗原料的量原料總的轉(zhuǎn)化量
下列說(shuō)法不正確的是( )發(fā)布:2024/12/17 0:30:2組卷:81引用:5難度:0.5
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