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菁優(yōu)網(wǎng)甲烷的轉(zhuǎn)化和利用在天然氣化工行業(yè)有非常重要的作用,用甲烷來處理一些工業(yè)廢氣就可以變廢為寶,既減少了對環(huán)境的污染,又解決了部分能源危機問題。
(1)甲烷-水蒸氣重整技術主要是制備合成氣(CO和H2混合氣體)。其反應為:CH4(g)+H2O(g)
催化劑
CO(g)+3H2(g)△H>0。如圖為反應壓強為0.3MPa,投料比
n
H
2
O
n
C
H
4
為1,在三種不同催化劑催化作用下,經(jīng)過一定的反應時間,甲烷?水蒸氣重整反應中CH4轉(zhuǎn)化率隨溫度變化的關系。下列說法正確的是
BD
BD

A.在相同條件下,三種催化劑Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的催化效率由高到低的順序是Ⅰ>Ⅱ>Ⅲ
B.b點反應速率高于a點
C.C點一定未達到平衡狀態(tài)
D.催化劑只改變反應速率不改變平衡移動,所以在850°C時,不同催化劑(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)作用下達平衡時CH4的轉(zhuǎn)化率相同
(2)CH4超干重整CO2技術也可得到富含CO的化工原料,CH4(g)+CO2(g)
催化劑
2CO(g)+2H2(g)測得CH4的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度及壓強的關系如圖中曲線所示:
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①據(jù)圖可知,p1、p2、p3、p4由大到小的順序為
p4>p3>p2>p1
p4>p3>p2>p1
,理由是
溫度一定時,甲烷的轉(zhuǎn)化率α(P1)>α(P2)>α(P3)>α(P4),該反應正反應是氣體體積增大的反應,增大壓強平衡向逆反應進行,甲烷的轉(zhuǎn)化率降低
溫度一定時,甲烷的轉(zhuǎn)化率α(P1)>α(P2)>α(P3)>α(P4),該反應正反應是氣體體積增大的反應,增大壓強平衡向逆反應進行,甲烷的轉(zhuǎn)化率降低
。
②在壓強為p4、950℃的條件下,X點平衡常數(shù)Kp=
4
p
2
4
9
4
p
2
4
9
。(用含p4的代數(shù)式表示,其中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))
(3)用甲烷燃料電池作為電化學降解NO3-裝置的直流電源時,應將A與
a
a
相連(填a或b,下同),陰極反應式為
2NO3-+6H2O+10e-=N2↑+12OH-或2NO3-+12H++10e-=N2↑+6H2O
2NO3-+6H2O+10e-=N2↑+12OH-或2NO3-+12H++10e-=N2↑+6H2O
。
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(4)CH4在催化條件下可以將硝酸廠尾氣NO2還原為N2,主要反應原理為:CH4(g)+2NO2(g)?CO2(g)+2H2O(g)+N2(g)△H=-868.7kJ?mol-1。在體積為2L的密閉容器A(500℃,恒溫)中加入2molCH4、2molNO2和催化劑。A容器中CH4的轉(zhuǎn)化率a(CH4)隨時間變化如下表所示。
時間(s/t) 0 100 200 300 400
A中a(CH4)(%) 0 10 20 25 25
v=kc?(CH4)?c2(NO2),v=k?c?(CN2)?c(CO2)c2(k、k分別是正、逆反應速率常數(shù)),則A容器中平衡時
k
k
=
1
12
1
12
。200s時
v
v
=
3.75
3.75
。
【答案】BD;p4>p3>p2>p1;溫度一定時,甲烷的轉(zhuǎn)化率α(P1)>α(P2)>α(P3)>α(P4),該反應正反應是氣體體積增大的反應,增大壓強平衡向逆反應進行,甲烷的轉(zhuǎn)化率降低;
4
p
2
4
9
;a;2NO3-+6H2O+10e-=N2↑+12OH-或2NO3-+12H++10e-=N2↑+6H2O;
1
12
;3.75
【解答】
【點評】
聲明:本試題解析著作權(quán)屬菁優(yōu)網(wǎng)所有,未經(jīng)書面同意,不得復制發(fā)布。
發(fā)布:2024/6/27 10:35:59組卷:11引用:1難度:0.9
相似題
  • 1.為了實現(xiàn)“碳達峰”和“碳中和”的目標,將CO2轉(zhuǎn)化成可利用的化學能源的“負碳”技術是世界各國關注的焦點。?
    方法Ⅰ:CO2催化加氫制甲醇。
    以CO2、H2為原料合成CH3OH涉及的反應如下:
    反應i:CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)ΔH1
    反應ii:CO2(g)+H2(g)?CO(g)+H2O(g)ΔH2=+41.0kJ?mol-1
    反應iii:CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)ΔH3=-90.0kJ?mol-1
    (1)計算反應i的ΔH1=
     
    。
    (2)一定溫度和催化劑條件下,0.73molH2、0.24molCO2和0.03molN2(已知N2不參與反應)在總壓強為3.0MPa的密閉容器中進行上述反應,平衡時CO2的轉(zhuǎn)化率、CH3OH和CO的選擇性隨溫度的變化曲線如圖所示。菁優(yōu)網(wǎng)?
    ①圖中曲線b表示物質(zhì)
     
    的變化(填“CO2”“CH3OH”或“CO”)。
    ②上述反應體系在一定條件下建立平衡后,下列說法不正確的有
     
    (填字母)。
    A.降低溫度,反應i~iii的正、逆反應速率都減小
    B.向容器中再通入少量N2,CO2的平衡轉(zhuǎn)化率下降
    C.移去部分H2O(g),反應iii平衡不移動
    D.選擇合適的催化劑能提高CO2的平衡轉(zhuǎn)化率
    E.平衡時CH3OH的體積分數(shù)一定小于50%
    ③某溫度下,t1min反應到達平衡,測得容器中CH3OH的體積分數(shù)為12.5%。此時用CH3OH的分壓表示0-t1時間內(nèi)的反應速率v(CH3OH)=
     
    MPa?min-1。設此時n(CO)=amol,計算該溫度下反應ii的平衡常數(shù)Kx=
     
    (用含有a的代數(shù)式表示)。[已知:分壓=總壓×該組分物質(zhì)的量分數(shù);對于反應mA(g)+nB(g)?pC(g)+qD(g),Kx=
    x
    p
    C
    ?
    x
    q
    D
    x
    m
    A
    ?
    x
    n
    B
    ,x為物質(zhì)的量分數(shù)。]
    方法Ⅱ:CO2電解法制甲醇
    利用電解原理,可將CO2轉(zhuǎn)化為CH3OH,其裝置如圖所示:
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    (3)雙極膜B側(cè)為
     
    (填“陰離子”或“陽離子”)交換膜。
    (4)TiO2電極上電極反應方程式:
     
    。
    方法Ⅲ:CO2催化加氫制低碳烯烴(2~4個C的烯烴)
    某研究小組使用Zn-Ga-O/SAPO-34雙功能催化劑實現(xiàn)了CO2直接合成低碳烯烴,并給出了其可能的反應歷程(如圖所示)。H2首先在Zn-Ga-O表面解離成2個H*,隨后參與到CO2的還原過程;SAPO-34則催化生成的甲醇轉(zhuǎn)化為低碳烯烴。
    菁優(yōu)網(wǎng)?
    注:?表示氧原子空位,*表示吸附在催化劑上的微粒。
    (5)理論上,反應歷程中消耗的H*與生成的甲醇的物質(zhì)的量之比為
     
    。
    發(fā)布:2024/9/22 1:0:8組卷:57引用:2難度:0.5
  • 2.丙烯是工業(yè)上合成精細化學品的原料,隨著天然氣和頁巖氣的可用性不斷提高,制取丙烯的技術受到人們越來越多的關注。
    (1)主反應Ⅰ:C3H8(g)?C3H6(g)+H2(g)ΔH1
    副反應Ⅱ:C3H8(g)?C2H4(g)+CH4(g)ΔH2
    已知H2、丙烷(C3H8)和丙烯(C3H6)的燃燒熱(ΔH)分別是-285.8kJ?mol-1、-2220kJ?mol-1和-2051kJ?mol-1,則ΔH=
     
    kJ?mol-1。主反應Ⅰ在
     
    (填“高溫”、“低溫”或“任意溫度”)時能自發(fā)進行。
    (2)一定溫度下,向總壓恒定為pkPa的容器中充入一定量C3H8氣體,在催化作用下,發(fā)生上述反應制備C3H6。
    ①下列情況表明反應達到平衡狀態(tài)的是
     
    (填標號)。
    A.氣體密度不再改變
    B.體系壓強不再改變
    C.混合氣體的平均摩爾質(zhì)量不再改變
    D.單位時間內(nèi)消耗C3H8的物質(zhì)的量與生成C3H6的物質(zhì)的量相等
    ②從平衡移動的角度判斷,達到平衡后通入N2的作用是
     
    。
    (3)在溫度為T時,向起始壓強為120kPa的恒壓容器中通入4molC3H8和6molN2發(fā)生反應,經(jīng)10min反應達到平衡,C3H8的平衡轉(zhuǎn)化率與通入氣體中C3H8的物質(zhì)的量分數(shù)的關系如圖所示。該條件下,C3H8的選擇性為80%,則0~10min內(nèi)生成C3H6的平均速率為
     
    kPa?min-1;反應Ⅰ的平衡常數(shù)Kp=
     
    kPa(以分壓表示,分壓=總壓X物質(zhì)的量分數(shù),保留一位小數(shù))。
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    (4)向恒溫剛性密閉容器中通入一定體積比的C3H8、O2、N2的混合氣體,已知某反應條件下只發(fā)生如下反應(k、k′為速率常數(shù)):
    反應Ⅲ:2C3H8(g)+O2(g)═2C3H6(g)+2H2O(g)k
    反應Ⅳ:2C3H6(g)+9O2(g)═6CO2(g)+6H2O(g)k′
    實驗測得丙烯的凈生成速率方程為v(C3H6)=kp(C3H8)-k′p(C3H6),可推測丙烯的濃度隨時間的變化趨勢為
     
    ,其理由是
     
    。
    發(fā)布:2024/9/22 2:0:8組卷:16引用:6難度:0.5
  • 3.SO2、NOx是空氣的主要污染物,有效去除大氣中的SO2、NOx可以保護大氣環(huán)境?;卮鹣铝袉栴}:
    Ⅰ.二氧化硫在V2O5作用下的催化氧化是工業(yè)上生產(chǎn)硫酸的主要反應。
    (1)釩催化劑參與反應的能量變化如圖1所示,請寫出VOSO4(s)和V2O4(s)反應生成V2O5(s)與SO2(g)的熱化學方程式:
     
    。
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    (2)若當SO2、O2、N2(不參與反應)起始的物質(zhì)的量分數(shù)分別為10%、15%和75%時,在壓強為0.5MPa、2.5MPa和5.0MPa下,SO2平衡轉(zhuǎn)化率α隨溫度的變化如圖2所示。反應在0.5MPa、550℃時的α=
     
    ,判斷的依據(jù)是
     
    。
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    (3)若將物質(zhì)的量之比為2:1的SO2(g)和O2(g)通入反應器發(fā)生反應2SO2(g)+O2(g)?2SO3(g),在恒溫T、恒壓p條件下進行反應。平衡時,若SO2轉(zhuǎn)化率為α,則SO3的分壓為
     
    ,平衡常數(shù)Kp=
     
    (以分壓表示,分壓=總壓×物質(zhì)的量分數(shù))。
    Ⅱ.一定溫度下,在容積恒定為1L的密閉容器中,加入0.30molNO與過量的金屬Al,發(fā)生的反應存在如下平衡:
    4
    3
    Al(s)+2NO(g)?N2(g)+
    2
    3
    Al2O3(s)ΔH<0,已知在此條件下NO與N2的消耗速率與各自的濃度有如下關系:v(NO)=k1?c2(NO),v(N2)=k2?c(N2),其中k1、k2表示速率常數(shù)。
    (4)在T1溫度下,k1=0.004L?mol-1?min-1,k2=0.002L?mol-1?min-1,則該溫度下反應的平衡常數(shù)的值為
     
    。
    (5)在T2溫度下,NO的物質(zhì)的量隨時間的變化曲線如圖3,則T1
     
    T2(填“>”、“=”或“>”)。
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    發(fā)布:2024/9/22 1:0:8組卷:2引用:2難度:0.5
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