以CO2、H2為原料合成CH3OH的反應(yīng)是研究熱點之一,該反應(yīng)體系涉及的反應(yīng)如下:
Ⅰ.CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)ΔH1=-49kJ?mol-1
Ⅱ.CO2(g)+H2(g)?CO(g)+H2O(g)ΔH2
回答下列問題:
(1)已知25℃和101kPa下,H2(g)、CO(g)的燃燒熱分別為285.8kJ?mol-1、283.0kJ?mol-1,H2O(l)=H2O(g)ΔH=+44kJ?mol-1,則ΔH2=+41.2+41.2kJ?mol-1。
(2)在恒壓密閉容器中,按照n(CO2):n(H2)=1:3投料進行反應(yīng),反應(yīng)Ⅰ、Ⅱ以物質(zhì)的分壓表示的平衡常數(shù)Kp隨溫度T的變化關(guān)系如圖1所示(體系總壓為100kPa)。
①反應(yīng)Ⅱ?qū)?yīng)圖I中 nn(填“m”或“n”);A點對應(yīng)溫度下體系達到平衡時CO2的轉(zhuǎn)化率為80%,反應(yīng)Ⅰ的Kp=0.100.10kPa-2(保留兩位有效數(shù)字)。
②通過調(diào)整溫度可調(diào)控平衡時p(CH3OH)p(CO)的值。B點對應(yīng)溫度下,平衡時p(CH3OH)p(CO)=400,則p(H2)=2020kPa。
(3)在密閉容器中,保持投料比不變,將CO2和H2按一定流速通過反應(yīng)器,一段時間后,測得CO2轉(zhuǎn)化率(α)和甲醇選擇性[x(CH3OH)=n(生成CH3OH)n(消耗CO2)×100%]隨溫度(T)變化關(guān)系如圖2所示。若233~250℃時催化劑的活性受溫度影響不大,則236℃后圖中曲線下降的原因是 主反應(yīng)放熱,副反應(yīng)吸熱,升溫使主反應(yīng)平衡逆向移動程度大于副反應(yīng)平衡正向移動程度,因而使CO2轉(zhuǎn)化率和甲醇選擇性下降主反應(yīng)放熱,副反應(yīng)吸熱,升溫使主反應(yīng)平衡逆向移動程度大于副反應(yīng)平衡正向移動程度,因而使CO2轉(zhuǎn)化率和甲醇選擇性下降;若氣體流速過大,CO2的轉(zhuǎn)化率會降低,原因是 氣體流速過大,使得氣體在容器中未能充分反應(yīng),還未達到化學(xué)平衡就被排出,導(dǎo)致CO2的轉(zhuǎn)化率降低氣體流速過大,使得氣體在容器中未能充分反應(yīng),還未達到化學(xué)平衡就被排出,導(dǎo)致CO2的轉(zhuǎn)化率降低。
(4)向恒溫恒壓的兩個密閉容器甲(T℃、P1)、乙(T℃、P2)中,分別充入物質(zhì)的量均為amol的CO2和H2,若只發(fā)生反應(yīng)Ⅱ,其正反應(yīng)速率v正=k正p(CO2)p(H2),p為氣體分壓。若甲、乙容器平衡時正反應(yīng)速率之比v甲:v乙=16:25,則甲、乙容器的體積之比為 5:45:4。
p
(
C
H
3
OH
)
p
(
CO
)
p
(
C
H
3
OH
)
p
(
CO
)
n
(
生成
C
H
3
OH
)
n
(
消耗
C
O
2
)
【答案】+41.2;n;0.10;20;主反應(yīng)放熱,副反應(yīng)吸熱,升溫使主反應(yīng)平衡逆向移動程度大于副反應(yīng)平衡正向移動程度,因而使CO2轉(zhuǎn)化率和甲醇選擇性下降;氣體流速過大,使得氣體在容器中未能充分反應(yīng),還未達到化學(xué)平衡就被排出,導(dǎo)致CO2的轉(zhuǎn)化率降低;5:4
【解答】
【點評】
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發(fā)布:2024/6/27 10:35:59組卷:77引用:1難度:0.4
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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?jǐn)?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( ?。?/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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