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1、热练(六)和化工生产有关的曲线的分析与应用1CO2催化加氢合成甲醇(反应)中伴随着反应的发生:反应:CO2(g)H2(g)CO(g)H2O(g)H41 kJmol1反应:CO2(g)3H2(g)CH3OH(g)H2O(g)H49 kJmol1恒压、CO2和H2的起始量一定的条件下,CO2平衡转化率和平衡时CH3OH的选择性随温度的变化如图。其中:CH3OH的选择性100%。(1)温度高于300 ,CO2平衡转化率随温度的升高而上升的原因是_。(2)220 时,在催化剂作用下CO2与H2反应一段时间后,测得CH3OH的选择性为48%(图中A点)。不改变反应时间和温度,一定能提高CH3OH选择性的
2、措施有_(写出两点)。答案(1)反应的H0,反应的H0,温度升高使CO2转化为CO的平衡转化率上升,使CO2转化为CH3OH的平衡转化率下降,且上升幅度超过下降幅度(2)增大压强;使用对反应催化活性更高的催化剂解析(1)由题干可知:反应的H0,故温度升高使CO2转化为CO的平衡转化率上升;而反应的H0,故温度升高使CO2转化为CH3OH的平衡转化率下降,但由于上升幅度超过下降幅度,最终导致CO2的平衡转化率上升。(2)根据CH3OH的选择性100%,想提高其选择性,应该使得平衡向生成CH3OH的方向移动,温度不能改变,只能改变压强和浓度,若增大H2的浓度,反应也向正向移动,CH3OH的选择性不
3、一定提高,但是增大压强,反应平衡不移动,反应平衡正向移动,CH3OH的选择性一定提高,同时也可通过改变催化剂来控制反应和反应的发生,寻找一种对反应催化活性更高的催化剂来提高其选择性。2丙烯是三大合成材料的基本原料之一,可用于生产多种重要有机化工原料。由丙烷制丙烯的两种方法如下:.丙烷氧化脱氢法:C3H8(g)O2(g)C3H6(g)H2O(g)H1.丙烷无氧脱氢法:C3H8(g)C3H6(g)H2(g)H2124 kJmol1请回答下列问题:(1)已知H2(g)O2(g)=H2O(g)H242 kJmol1,由此计算H1_kJmol1。(2)在催化剂作用下,C3H8氧化脱氢除生成C3H6外,还
4、生成CO、CO2等物质。C3H8的转化率和C3H6的产率随温度变化关系如图所示。图中C3H8的转化率随温度升高而上升的原因是_。在550 时,C3H6的选择性为_(保留1位小数)(C3H6的选择性100%)。C3H6的选择性:550 _575 (填“大于”或“小于”)。答案(1)118(2)温度升高,反应速率加快61.5%大于解析(1)根据盖斯定律,把C3H8(g)C3H6(g)H2(g)H2124 kJmol1和H2(g)O2(g)=H2O(g)H242 kJmol1相加即得C3H8(g)O2(g)C3H6(g)H2O(g)H1124 kJmol1242 kJmol1118 kJmol1。(
5、2)该反应为放热反应,升高温度,平衡逆向移动,C3H8的转化率应该降低,但实际上C3H8的转化率随温度的升高而增大,可能是升高温度,催化剂的活性增大,反应速率加快的缘故。由图可知,550 时,C3H8的转化率为13%,C3H6的产率为8%,设参加反应的C3H8为100 mol,则生成的C3H6为8 mol,则C3H6的选择性为100%61.5%。550 时,C3H6的选择性为61.5%,575 时,C3H6的选择性为100%51.5%,因此550 时C3H6的选择性大于575 时C3H6的选择性。3CH4CO2重整技术是实现“碳中和”的一种理想的CO2利用技术,具有广阔的市场前景、经济效应和社
6、会意义。该过程中涉及的反应如下。主反应:CH4(g)CO2(g)2CO(g)2H2(g)H1副反应:CO2(g)H2(g)CO(g)H2O(g)H241.0 kJmol1回答下列问题:(1)已知CH4、CO和H2的燃烧热分别为890.3 kJmol1、283.0 kJmol1和285.8 kJmol1,该催化重整主反应的H1_kJmol1。有利于提高CO2平衡转化率的条件是_(填字母)。A高温高压 B高温低压C低温高压 C低温低压(2)在刚性密闭容器中,进料比分别等于1.0、1.5、2.0,且反应达到平衡状态。甲烷的质量分数随温度变化的关系如图甲所示,曲线c对应的_;反应体系中,随温度变化的关
7、系如图乙所示,随着进料比的增加,的值_(填“增大”“不变”或“减小”),其原因是_。答案(1)247.3B(2)2.0减小随着投料比的增加,n(CO2)增大,副反应平衡正向移动,导致n(CO)增多,n(H2)减少,的值减小解析(1)根据题中所给条件,可以列出:CH4(g)2O2(g)=CO2(g)2H2O(l)H3890.3 kJmol1CO(g)O2(g)=CO2(g)H4283.0 kJmol1H2(g)O2(g)=H2O(l)H5285.8 kJmol1,根据盖斯定律可得H1H32(H4H5)890.3 kJmol12(283.0 kJmol1285.8 kJmol1)247.3 kJm
8、ol1;主反应:CH4(g)CO2(g)2CO(g)2H2(g),反应物化学计量数之和小于生成物化学计量数之和,并且该反应为吸热反应,故高温低压有利于二氧化碳的转化。(2)甲烷的质量分数为,由a、b、c三条曲线的起始投入甲烷的质量分数可知,甲烷的质量分数越大,越小,故曲线c对应的2.0。可对比同一温度下,三条曲线的横坐标的大小,由图可知随着进料比的增加,的值减小,其原因是随着进料比的增加,n(CO2)增大,副反应平衡正向移动,导致n(CO)增多,n(H2)减少,的值减小。4乙醇水蒸气重整制氢是一种来源广泛的制备氢气的方法,主要反应为C2H5OH(g)3H2O(g)6H2(g)2CO2(g)H1
9、同时发生如下反应:C2H5OH(g)H2(g)CO(g)CH4(g)H249.6 kJmol1CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)H341.4 kJmol1(1)根据图1信息,计算反应的H1_。(2)已知在某催化剂作用下,乙醇的转化率、氢气的产率和体系中含碳物质百分含量随温度的变化如图2所示。随着温度的升高,CO2的百分含量先增大后减小的原因为_;催化剂发挥作用的最佳温度是_。(3)Akande等研究了NiAl2O3催化剂上乙醇水蒸气重整反应的性能,提出了粗略的反应机理,如图3所示,其中C2H5OH分解为该反应的决速步骤。在此反应历程中,所需活化能最大的步骤是_。反应物在催化剂表面的吸
10、附,对于此反应的进行起着至关重要的作用,可以提高C2H5OH在催化剂表面的吸附速率的措施为_(填字母)。a提高水蒸气的浓度b增大乙醇蒸气的分压c增大催化剂的比表面积d降低产物浓度乙醇水蒸气重整制氢反应,在其他条件一定的情况下,不同催化剂对氢气产率的影响如图4所示,M点处氢气的产率_(填“可能是”“一定是”或“一定不是”)该反应的平衡产率,原因为_。答案(1)183.5 kJmol1(2)低温时以反应为主,反应为吸热反应,随着温度的升高平衡正向移动,CO2的产率增大,高温时以反应为主,反应为放热反应,随着温度升高平衡逆向移动,产率下降723 K(3)步骤bc一定不是M点处氢气的产率小于其他催化剂
11、作用下氢气的产率,催化剂不影响平衡转化率解析(1)由图像知H1E生成物E反应物1 756 kJmol11 572.5 kJmol1183.5 kJmol1。(2)低温时以反应为主,反应为吸热反应,随着温度的升高平衡正向移动,CO2的产率增大,高温时以反应为主,反应为放热反应,随着温度升高平衡逆向移动,产率下降;由图像可知,723 K时二氧化碳的百分含量最高,乙醇的转化率较大,温度高于723 K二氧化碳的含量反而减小,所以最佳温度为723 K。(3)反应的决速步,速率最小,活化能最大,故所需活化能最大的步骤是步骤。5羰基硫(COS)是一种粮食熏蒸剂,能防治某些害虫和真菌的危害。以FeOOH作催化
12、剂,分别以CO和CO2为碳源,与H2S反应均能产生COS,反应如下:反应:CO(g)H2S(g)COS(g)H2(g)反应:CO2(g)H2S(g)COS(g)H2O(g)(1)以CO为碳源制COS反应分两步进行,其反应过程能量变化如图所示。CO(g)H2S(g)COS(g)H2(g)H_。决定COS生成速率的步骤是_(填“第1步”或“第2步”)。(2)在密闭容器中按下表投料,分别发生反应和反应(N2不参与反应),反应时间和压强相同时,测得COS的物质的量分数随温度变化关系如图实线所示(虚线表示平衡曲线)。反应反应起始投料COH2SN2CO2H2SN2起始物质的量分数/%11981198已知相同条件下,反应速率比反应快。反应的平衡曲线是_(填字母)。8001 200 时,曲线d中COS物质的量分数不断增大,原因是_