【題目】CO2催化加氫制甲醇,是極具前景的溫室氣體資源化研究領域。在某CO催化加氫制甲醇的反應體系中,發(fā)生的主要反應有:
i.CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) △H1=-49.4kJ·mol-1
ⅱ.CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) △H2=+41.2kJ·mol-1
ⅲ.CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) △H3
(1)△H3________ kJ·mol-1
(2)5MPa時,往某密閉容器中按投料比n(H2):n(CO2)=3:1充入H2和CO2。反應達到平衡時,測得各組分的物質的量分數(shù)隨溫度變化的曲線如圖所示。
①體系中CO2的物質的量分數(shù)受溫度的影響不大,原因是____。
②250℃時,反應ii的平衡常數(shù)____1(填“>”“<”或“=”)。
③下列措施中,無法提高甲醇產率的是____(填標號)。
A 加入適量CO B 增大壓強 C 循環(huán)利用原料氣 D 升高溫度
④如圖中X、Y分別代表____(填化學式)。
(3)反應i可能的反應歷程如下圖所示。
注:方框內包含微粒種類及數(shù)目、微粒的相對總能量(括號里的數(shù)字或字母,單位:eV)。其中,TS表示過渡態(tài)、*表示吸附在催化劑上的微粒。
①反應歷程中,生成甲醇的決速步驟的反應方程式為____。
②相對總能量E=____(計算結果保留2位小數(shù))。(已知:leV=1.6×10-22kJ)
(4)用電解法也可實現(xiàn)CO2加氫制甲醇(稀硫酸作電解質溶液)。電解時,往電解池的____極通入氫氣,陰極上的電極反應為____。
【答案】-90.6 溫度改變時,反應i和反應ii平衡移動方向相反 < D CO、CH3OH HCOOH*+2H2(g)=H2COOH*+3/2H2 -0.51 陽 CO2+6e-+6H+=CH3OH+H2O
【解析】
(1)已知:
i.CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) △H1=-49.4kJ·mol-1
ⅱ.CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) △H2=+41.2kJ·mol-1
ⅲ.CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) △H3
根據(jù)蓋斯定律可知反應i-ii可得反應iii,所以△H3=△H1-△H2=-49.4kJ/mol-41.2kJ/mol=-90.6kJ/mol;
(2) △H1<0,△H3<0,即生成甲醇的反應均為放熱反應,所以溫度升高平衡時甲醇的物質的量分數(shù)應減小,△H2>0,生成CO的反應為吸熱反應,所以隨溫度升高CO平衡時的物質的量分數(shù)會變大,二者共同作用導致水蒸氣減小幅度小于甲醇,所以Z代表H2O,Y代表CH3OH,X代表CO。
①依據(jù)主要反應的化學方程式可知,反應i消耗CO2,反應ii逆向產生CO2,最終體系內CO2的物質的量分數(shù)與上述兩個反應進行的程度相關。由于△H1<0而△H2>0,根據(jù)勒夏特列原理,溫度改變時,反應i和反應ii平衡移動方向相反,且平衡移動程度相近,導致體系內CO2的物質的量分數(shù)受溫度的影響不大;
②反應ii平衡常數(shù)K=,該反應前后氣體體積計量數(shù)之和不變,所以可以用物質的量分數(shù)來代表濃度估算K值,據(jù)圖可知250℃時,CO2與H2的物質的量分數(shù)大于CO和H2O的物質的量分數(shù),所以K<1;
③A. 加入適量CO,促使反應iii平衡正向移動,產生更多的CH3OH,而反應ii平衡逆向移動,又可減少CO2轉化為CO,使更多的CO2通過反應i轉化為CH3OH,故CH3OH產率提高,A項正確;
B. 增大壓強,有利于反應i和iii的平衡正向移動,而對反應ii無影響,B項正確;
C. 循環(huán)利用原料氣能提高CO2的轉化率,使CH3OH的產率提高,C項正確;
D. 由圖可知,升溫,CH3OH的物質的量分數(shù)下降,產率降低,D項錯誤;
綜上所述選D;
④根據(jù)分析可知X代表CO,Y代表CH3OH;
(3)①生成CH3OH的決速步驟,指反應歷程中反應速率最慢的反應。速率快慢則由反應的活化能決定,活化能越大,反應速率越慢。仔細觀察并估算表中數(shù)據(jù),找到活化能(過渡態(tài)與起始態(tài)能量差)最大的反應步驟為:HCOOH*+2H2(g)=H2COOH*+3/2H2,Ea=-0.18-(-1.66)= 1.48 eV;
②反應i的△H1= -49.4kJ/mol,指的是1mol CH3OH(g)和1molH2O(g)的總能量與1 mol CO2(g)和3mol H2(g
E===-0.51eV;
(4)因為電解過程CO2被還原為CH3OH,H2應發(fā)生氧化反應,故氫氣通入陽極附近溶液中;而陰極上CO2轉化為CH3OH,碳元素從+4價降為-2價,電解質溶液為硫酸,所以電極方程式為:CO2+6e-+6H+=CH3OH+H2O。
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【題目】利用反應 NO2+NH3→N2+H2O(未配平)制作下面裝置圖所示的電池,用以消除氮氧化物的污染。下列有關該電池說法一定正確的是 ( )
A.電極乙為電池負極
B.離子交換膜為質子交換膜
C.負極反應式為 2NH3-6e-+6OH-=N2↑+6H2O
D.28.0L(標準狀況)NO2 完全被處理,轉移 4mol 電子
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【題目】下圖是分離混合物時常用的儀器,可以進行的混合物分離操作分別是()
A.蒸餾、過濾、萃取、蒸發(fā)B.蒸餾、蒸發(fā)、萃取、過濾
C.萃取、過濾、蒸餾、蒸發(fā)D.過濾、蒸發(fā)、萃取、蒸餾
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【題目】下列說法中正確的是( )
A. 能自發(fā)進行的反應一定能迅速發(fā)生
B. 非自發(fā)進行的反應一定不可能發(fā)生
C. 能自發(fā)進行的反應實際可能沒有發(fā)生
D. 常溫下發(fā)生反應2H2O2H2↑ + O2↑,說明常溫下水的分解反應是自發(fā)反應
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【題目】短周期主族元素W、X 、Y、Z 的原子序數(shù)依次增大,W、X 同主族,Y原子的最外層電子數(shù)等于X原子的電子總數(shù),Z原子的電子總數(shù)等于W、X、Y 三種原子的電子數(shù)之和,Z的最高價氧化物對應水化物的化學式為HnZO2n+2 。W、X、Y 三種元素形成的一種化合物的結構如圖所示 。下列說法錯誤的是
A.X常用來制造電池
B.Y、Z形成的化合物常用于制取單質Y
C.W的簡單離子半徑可能大于X的簡單離子半徑
D.Z的單質的水溶液需保存在棕色試劑瓶中
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【題目】已知25 ℃時,醋酸溶液中存在下述關系:Ka=c(H+)c(CH3COO-)/c(CH3COOH)=1.75×10-5,其中Ka的數(shù)值是該溫度下醋酸的電離平衡常數(shù)。有關Ka的下列說法正確的是( )
A. 當向該溶液中加入一定量的硫酸時,Ka的值增大
B. 升高溫度,Ka的值增大
C. 向醋酸溶液中加水,Ka的值增大
D. 向醋酸溶液中加氫氧化鈉溶液,Ka的值增大
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【題目】某校化學興趣小組制備消毒液(主要成分是NaClO),設計了下列裝置。
已知:Cl2和NaOH溶液能發(fā)生下列反應
在加熱時:
在低溫時:
試回答下列問題:
⑴儀器a的名稱是_____________。
⑵連接好裝置,裝藥品之前,必須進行的一項操作是_________________。
⑶A裝置內發(fā)生反應的化學方程式為_______________________________。
⑷B的作用是___________;冰水的作用是__________________________。
⑸該裝置的不足之處有___________________________________________。
⑹一定溫度下,向NaOH溶液中通入一定量的氯氣,二者恰好完全反應。生成物中含有三種含氯元素的離子,其中ClO-、ClO3-兩種離子的物質的量(n)與反應時間(t)的曲線如圖所示。
該過程中t2時刻參加反應的Cl2物質的量為_________mol;若另一過程產生的n(Cl-)為5.5mol,n(ClO3-)為1mol,則參加反應的NaOH物質的量為___________________mol。
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【題目】大型客機燃油用四乙基鉛[Pb(CH2CH3)4])做抗震添加劑,但皮膚長期接觸四乙基鉛對身體健康有害,可用硫基乙胺(HSCH2CH2NH2)和KMnO4清除四乙基鉛。
(1)碳原子核外電子的空間運動狀態(tài)有______種,基態(tài)錳原子的外圍電子排布式為___,該原子能量最高的電子的電子云輪廓圖形狀為________。
(2)N、C和Mn電負性由大到小的順序為____________。
(3)HSCH2CH2NH2中C的雜化方式為_____,其中NH2-空間構型為____;N和P的價電子相同,但磷酸的組成為H3PO4,而硝酸的組成不是H3NO4,其原因是_______。
(4)Pb(CH2CH3)4是一種難電離且易溶于有機溶劑的配合物,其晶體類型屬于_____晶體。已知Pb(CH2CH3)4晶體的堆積方式如下。
Pb(CH2CH3)4]在xy平面上的二維堆積中的配位數(shù)是___,A分子的坐標參數(shù)為_____;設阿伏加德羅常數(shù)為NA/mol,Pb(CH2CH3)4]的摩爾質量為Mg/mol,則Pb(CH2CH3)4]晶體的密度是_____g/cm3 (列出計算式即可)。
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【題目】向20 mL某物質的量濃度的AlCl3溶液中滴入2 mol·L-1NaOH溶液時,得到的Al(OH)3沉淀質量與所滴加的NaOH溶液的體積(mL)關系如圖所示,試回答下列問題:
(1)圖中A點表示的意義是_________________________。
(2)圖中B點表示的意義是_________________________。
(3)上述兩步反應用總的離子方程式可表示為:____________________________。
(4)若所得Al(OH)3沉淀0.39 g,則此時用去NaOH溶液的體積為______________。
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