12.化学反应原理综合题
1.使用废炭再生的“绿色甲醇”作为燃料,实现了循环内的零排放。
Ⅰ.将工业废气中的CO2加氢制甲醇是“碳中和”的一个重要研究方向。在催化剂作用下主要发生如下反应:
①CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)ΔH1=-49.4kJ·mol-1
②CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)ΔH2=+41kJ·mol-1
③CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)ΔH3
已知甲醇的选择性=n(
(1)ΔH3=-90.4kJ·mol-1,反应③的自发进行的条件是低温(填“低温”或“高温”)。?
(2)恒温恒容条件下,原料气CO2(g)、H2(g)以物质的量浓度之比1∶3投料时,已知初始压强为4MPa,c(CO2)=1.0mol·L-1,控制合适的条件(不考虑反应③)。
i.下列有关说法正确的是BD(填字母)。?
A.反应过程中c(H2)+c(CH3OH)+c(H2O)=3.0mol·L-1
B.容器的压强不再变化时,两反应都达到平衡
C.加入反应①的催化剂,可提高平衡时甲醇的选择性
D.降低反应温度,反应①②的正、逆反应的速率都减小
ii.若平衡时甲醇的选择性为60%,CO2平衡转化率为50%,该条件下反应②的Kp=0.105(保留三位小数)。?
Ⅱ.恒压时,将3molH2和1molCO2充入密闭容器中进行上述反应。
(3)平衡时CO2转化率α(CO2)、CH3OH选择性SM、CO选择性SCO,随温度T变化如图甲所示:
图中表示SM的是曲线b。?
(4)为了探究原料气中混入CO气体对反应的影响,测得平衡时α(CO2)、平衡时CH3OH物质的量与初始CO2物质的量之比γ随原料气中n(
图中随着n(CO)n(CO2)的增大,α(CO2)降低而γ升高的原因是?n(CO)n(CO2)增大,与CO反应的H2变多,与CO2反应的H2变少,所以α(CO2)降低,n(CO)n(CO2)增大,更有利于反应③的正向进行,产生
2.CO2催化加氢合成二甲醚是CO2资源化利用的有效途径之一,合成二甲醚的总反应可表示为2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)ΔH,K(表示平衡常数,下同)。
该反应可通过如下步骤来实现:
反应Ⅰ:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)ΔH1,K1
反应Ⅱ:2CO(g)+4H2(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)ΔH2,K2
请回答:
(1)ΔH=2ΔH1+ΔH2(用ΔH1、ΔH2表示),K=?K12·K2(用K1、K2表示)
(2)3.0MPa、n(H2)n(CO2)=4的条件下
其中:CH3OCH3的选择性=2[
①下列说法正确的是AB(填字母)。?
A.ΔH0、ΔH10、ΔH20
B.若反应在恒容密闭容器中进行,当体系压强不再变化,则反应Ⅰ、Ⅱ均达到平衡状态
C.提高氢碳比[n(H2)n(CO2)
②360℃时,不考虑其他副反应,反应Ⅰ的平衡常数K1为0.052(结果保留2位有效数字)。?
③3.0MPa、n(H2)n(CO2)=4的条件下,CO2催化加氢反应一段时间,
温度/℃
220
240
260
280
300
CO2实际转化率/%
7.6
12.4
14.8
18.6
22.9
二甲醚实际选择性/%
68.7
77.2
61.0
41.5
27.5
该体系合成二甲醚的最佳反应温度为240℃。?
④由上表数据可知,240~300℃二甲醚的实际选择性逐渐减小,从化学反应速率角度分析原因:240~300℃,在催化剂作用下,随着温度升高,反应Ⅰ速率加快的程度比反应Ⅱ大,故二甲醚的实际选择性逐渐减小。?
3.低碳烯烃(乙烯、丙烯、丁烯等)是重要的有机化工原料,在现代石油和化学工业中起着举足轻重的作用。用一碘甲烷[CH3I(g)]热裂解可制取低碳烯烃,主要反应:
反应i:2CH3I(g)C2H4(g)+2HI(g)ΔH1
反应ii:3C2H4(g)2C3H6(g)ΔH2
反应iii:2C2H4(g)C4H8(g)ΔH3
(1)反应i、ii、iii在不同温度下的分压平衡常数Kp如表所示。根据表中数据回答下列问题:
T/Kp
298K
323K
423K
反应i
7.77×10-8
1.65×10-6
1.05×10-2
反应ii
7.16×1013
2.33×1012
1.48×108
反应iii
2.66×1011
6.04×109
1.40×105
反应i
2.80
1.41×102
2.64×103
反应ii
3.73×105
6.42×103
3.40×102
反应iii
1.94×102
2.24
8.99×10-2
①反应i的活化能Ea