甲醇是重要的化工原料之一,也可用作燃料,利用合成氣(主要成分為CO、CO2和H2)可以合成甲醇,涉及的反應(yīng)如下:
反應(yīng)i:CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g) ΔH1
反應(yīng)ii:CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g) ΔH2=-49.9kJ?mol-1
反應(yīng)iii:CO2(g)+H2(g)?CO(g)+H2O(g) ΔH3=+41.6kJ?mol-1
請回答下列問題:
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(1)在某催化劑作用下,反應(yīng)i的反應(yīng)歷程如圖1所示(圖中數(shù)據(jù)表示微粒數(shù)目以及微粒的相對總能量,*表示吸附在催化劑上):
①反應(yīng)i在 較低較低(填“較低”或“較高”)溫度下才能自發(fā)進行。
②結(jié)合反應(yīng)歷程,寫出反應(yīng)i中生成甲醇的決速步驟的反應(yīng)方程式:CO*(g)+2H2(g)=HCO*(g)+32H2*(g)CO*(g)+2H2(g)=HCO*(g)+32H2*(g)。
③m=0.950.95(計算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字,已知1eV=1.6×10-22kJ)。
(2)反應(yīng)i的Archenius經(jīng)驗公式Rlnk=-EaT+C(Ea為活化能,k為速率常數(shù),R和C均為常數(shù),T為溫度),實驗數(shù)據(jù)如圖中曲線M所示。當(dāng)改變外界條件時,實驗數(shù)據(jù)如圖2中曲線N所示,則實驗可能改變的外界條件是 加入了高效催化劑加入了高效催化劑。
(3)將一定量的CO2(g)和H2(g)充入密閉容器中并加入合適的催化劑,只發(fā)生反應(yīng)ii和iii。相同溫度下,在不同壓強下測得CO2的平衡轉(zhuǎn)化率、CH3OH(g)的選擇性[n(CH3OH)n(CH3OH)+n(CO)×100%]和CO的選擇性[n(CO)n(CH3OH)+n(CO)×100%]隨壓強的變化曲線如圖3所示。圖中表示CO2的平衡轉(zhuǎn)化率的曲線是 nn(填“m”“n”或“p”),簡述判斷方法:反應(yīng)ii是氣體體積減小的反應(yīng),反應(yīng)iii是氣體體積不變的反應(yīng),增大壓強時平衡正向移動,CO2的平衡轉(zhuǎn)化率增大反應(yīng)ii是氣體體積減小的反應(yīng),反應(yīng)iii是氣體體積不變的反應(yīng),增大壓強時平衡正向移動,CO2的平衡轉(zhuǎn)化率增大。
(4)有研究認為,在某催化劑作用下反應(yīng)ii先后通過反應(yīng)iii、i來實現(xiàn)。保持溫度T不變,向一恒容密閉容器中充入4mol CO2和8mol H2,在該催化劑作用下發(fā)生反應(yīng),經(jīng)5min達到平衡,測得H2O(g)的物質(zhì)的量為3mol,起始及達平衡時容器的總壓強分別為1.5akPa、akPa,則從開始到平衡用H2分壓表示的平均反應(yīng)速率為 0.875a0.875akPa?min-1(用含a的式子表示,下同,分壓=總壓x物質(zhì)的量分數(shù));反應(yīng)ii的壓強平衡常數(shù)Kp=384a2384a2(kPa)-2(Kp為用分壓代替濃度計算的平衡常數(shù))。
(5)光催化CO2制甲醇技術(shù)也是研究熱點。銅基納米光催化材料還原CO2的機理如圖4所示,光照時,低能價帶失去電子并產(chǎn)生空穴(h+,具有強氧化性)。在低能價帶上,H2O直接轉(zhuǎn)化為O2的電極反應(yīng)式為 2H2O-4e-=O2↑+4H+2H2O-4e-=O2↑+4H+。
3
2
3
2
E
a
T
n
(
C
H
3
OH
)
n
(
C
H
3
OH
)
+
n
(
CO
)
n
(
CO
)
n
(
C
H
3
OH
)
+
n
(
CO
)
384
a
2
384
a
2
【答案】較低;CO*(g)+2H2(g)=HCO*(g)+H2*(g);0.95;加入了高效催化劑;n;反應(yīng)ii是氣體體積減小的反應(yīng),反應(yīng)iii是氣體體積不變的反應(yīng),增大壓強時平衡正向移動,CO2的平衡轉(zhuǎn)化率增大;0.875a;;2H2O-4e-=O2↑+4H+
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2
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a
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【解答】
【點評】
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發(fā)布:2024/9/15 6:0:10組卷:30引用:2難度:0.5
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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,=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),初始壓強為P,一段時間達到平衡,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,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)過程中CH4的物質(zhì)的量隨時間變化如圖所示。實驗測得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═k逆k正
(5)我國科學(xué)家使用電化學(xué)的方法(裝置如圖)用C2H6和CO2合成了C2H4。
①M是電源的
②陽極電極反應(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)可以用平衡濃度計算,也可以用平衡分壓代替平衡濃度計算分壓=總壓×物質(zhì)的量分數(shù).在恒溫恒壓條件下,總壓不變,用平衡分壓計算平衡常數(shù)更方便.下列說法不正確的是( )
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N2,兩個競爭反應(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
下列說法不正確的是( ?。?/h2>發(fā)布:2024/12/17 0:30:2組卷:81引用:5難度:0.5
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