Ⅰ.一定條件下,用CH4催化還原可消除NO污染。
已知:
①CH4(g)+2NO2(g)N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-865.0 kJ·ml-1
②2NO(g)+O2(g)2NO2(g) ΔH=-112.5 kJ·ml-1
(1)N2和O2完全反應(yīng),每生成2.24 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)NO時,吸收8.9 kJ的熱量,則CH4(g)+4NO(g)2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH= kJ·ml-1;一定溫度下,往一容積不變的密閉容器中加入適量的CH4和NO,下列條件能判斷該反應(yīng)到達平衡狀態(tài)的有 (填字母)。
A.混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不變
B.v消耗(NO)=4v消耗(CO2)
C.單位時間里有4n ml C—H斷開同時有4n ml O—H斷開
D.混合氣體的壓強不變
混合氣體的密度不變
(2)將2 ml NO(g)、1 ml O2(g)和2 ml He(g)通入反應(yīng)器,在溫度T、壓強p條件下進行反應(yīng)②和2NO2(g)N2O4(g)。平衡時,若O2、NO2與N2O4三者的物質(zhì)的量相等,則NO轉(zhuǎn)化率為 ,反應(yīng)②平衡常數(shù)Kp= (用含p的代數(shù)式表示)。
Ⅱ.利用如圖所示原理去除NO:
(3)基態(tài)N原子中,電子占據(jù)的最高能級為 能級,該能級軌道的形狀為 ;電解池中陰極反應(yīng)式為 。
(4)A口每產(chǎn)生224 mL O2(體積已換算成標(biāo)準(zhǔn)狀況,不考慮O2的溶解),可處理NO的物質(zhì)的量為 ml。
2.(13分)(2024·皖豫名校聯(lián)盟一模)甲醇是重要的化工原料之一,也可用作燃料,利用合成氣(主要成分為CO、CO2和H2)可以合成甲醇,涉及的反應(yīng)如下:
反應(yīng)ⅰ:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH1
反應(yīng)ⅱ:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH2=-49.9 kJ·ml-1
反應(yīng)ⅲ:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH3=+41.6 kJ·ml-1
請回答下列問題:
(1)在某催化劑作用下,反應(yīng)ⅰ的反應(yīng)歷程如圖所示(圖中數(shù)據(jù)表示微粒數(shù)目以及微粒的相對總能量,*表示吸附在催化劑上):
①反應(yīng)ⅰ在 (填“較低”或“較高”)溫度下才能自發(fā)進行。
②結(jié)合反應(yīng)歷程,寫出反應(yīng)ⅰ中生成甲醇的決速步驟的反應(yīng)方程式: 。
③m= (計算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字,已知1 eV=1.6×10-22 kJ)。
(2)反應(yīng)ⅰ的Arrhenius經(jīng)驗公式Rlnk=-EaT+C(Ea為活化能,k為速率常數(shù),R和C均為常數(shù),T為溫度),實驗數(shù)據(jù)如圖中曲線M所示。當(dāng)改變外界條件時,實驗數(shù)據(jù)如圖中曲線N所示,則實驗可能改變的外界條件是 。
(3)將一定量的CO2(g)和H2(g)充入密閉容器中并加入合適的催化劑,只發(fā)生反應(yīng)ⅱ和ⅲ。相同溫度下,在不同壓強下測得CO2的平衡轉(zhuǎn)化率、CH3OH(g)的選擇性[n(CH3OH)n(CH3OH)+n(CO)×100%]和CO的選擇性[n(CO)n(CH3OH)+n(CO)×100%]隨壓強的變化曲線如圖所示。
圖中表示CO2的平衡轉(zhuǎn)化率的曲線是 (填“m”“n”或“p”),簡述判斷方法: 。
(4)有研究認為,在某催化劑作用下反應(yīng)ⅱ先后通過反應(yīng)ⅲ、ⅰ來實現(xiàn)。保持溫度T不變,向一恒容密閉容器中充入4 ml CO2和8 ml H2,在該催化劑作用下發(fā)生反應(yīng),經(jīng)5 min達到平衡,測得H2O(g)的物質(zhì)的量為3 ml,起始及達平衡時容器的總壓強分別為1.5a kPa、a kPa,則從開始到平衡用H2分壓表示的平均反應(yīng)速率為 kPa·min-1(用含a的式子表示,下同,分壓=總壓×物質(zhì)的量分數(shù));反應(yīng)ⅱ的壓強平衡常數(shù)Kp= (kPa)-2(Kp為用分壓代替濃度計算的平衡常數(shù))。
3.(15分)(2024·湖南卷)丙烯腈(CH2CHCN)是一種重要的化工原料。工業(yè)上以N2為載氣,用TiO2作催化劑生產(chǎn)CH2CHCN的流程如下。
已知:①進料混合氣進入兩釜的流量恒定,兩釜中反應(yīng)溫度恒定;
②反應(yīng)釜Ⅰ中發(fā)生的反應(yīng)為
ⅰ:HOCH2CH2COOC2H5(g)CH2CHCOOC2H5(g)+H2O(g) ΔH1
③反應(yīng)釜Ⅱ中發(fā)生的反應(yīng)為
ⅱ:CH2CHCOOC2H5(g)+NH3(g)CH2CHCONH2(g)+C2H5OH(g) ΔH2
ⅲ:CH2CHCONH2(g)CH2CHCN(g)+H2O(g) ΔH3
④在此生產(chǎn)條件下,酯類物質(zhì)可能發(fā)生水解。
回答下列問題。
(1)總反應(yīng)HOCH2CH2COOC2H5(g)+NH3(g)CH2CHCN(g)+C2H5OH(g)+2H2O(g) ΔH= (用含ΔH1、ΔH2和ΔH3的代數(shù)式表示)。
(2)進料混合氣中n(HOCH2CH2COOC2H5)∶n(C2H5OH)=1∶2,出料中四種物質(zhì)
(CH2CHCOOC2H5、CH2CHCN、C2H5OH、H2O)的流量(單位時間內(nèi)出料口流出物質(zhì)的物質(zhì)的量)隨時間變化關(guān)系如圖。
①表示CH2CHCN的曲線是 (填“a”“b”或“c”)。
②反應(yīng)釜Ⅰ中加入C2H5OH的作用是 。
③出料中沒有檢測到CH2CHCONH2的原因是 。
④反應(yīng)11 h后,a、b、c曲線對應(yīng)物質(zhì)的流量逐漸降低的原因是 。
(3)催化劑TiO2再生時會釋放CO2,可用氨水吸收獲得NH4HCO3?，F(xiàn)將一定量的NH4HCO3固體(含0.72 g水)置于密閉真空容器中,充入CO2和NH3,其中CO2的分壓為100 kPa,在27 ℃下進行干燥。為保證NH4HCO3不分解,NH3的分壓應(yīng)不低于 kPa[已知p(H2O)=2.5×102 kPa·ml-1×n(H2O),NH4HCO3分解的平衡常數(shù)Kp=4×104( kPa)3]。
(4)以CH2CHCN為原料,稀硫酸為電解液,Sn作陰極,用電解的方法可制得Sn(CH2CH2CN)4,其陰極反應(yīng)式為 。
4.(15分)(2024·江蘇南京一模)“碳中和”目標(biāo)如期實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)之一是CO2的資源化再利用。
(1)氨的飽和食鹽水捕獲CO2是其利用的方法之一,反應(yīng)原理為:NaCl(aq)+NH3(g)+CO2(g)+H2O(l)NaHCO3(s)+NH4Cl(aq)。該反應(yīng)常溫下能自發(fā)進行的原因是
。
(2)XO基摻雜Na2CO3形成XO-Na2CO3(X=Mg、Ca、Cd等),能用于捕獲CO2,原理如圖所示。已知陽離子電荷數(shù)越高、半徑越小,陰離子越易受其影響而分解。
①X=Ca時,再生的化學(xué)方程式為 。
②X=Mg相比X=Ca,其優(yōu)點有 。
(3)催化電解吸收CO2的KOH溶液可將CO2轉(zhuǎn)化為有機物。
①HCO3-在陰極放電生成CH3COO-的電極反應(yīng)式為 。
②堿性溶液有利于抑制陰極上副產(chǎn)物的產(chǎn)生,該副產(chǎn)物的化學(xué)式為 。
(4)在催化劑作用下,以CO2和H2為原料合成CH3OH,主要反應(yīng)為:
反應(yīng)Ⅰ:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1=-49 kJ·ml-1
反應(yīng)Ⅱ:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH2=+41 kJ·ml-1
保持壓強3 MPa,將起始n(CO2)∶n(H2)=1∶3的混合氣體勻速通過裝有催化劑的反應(yīng)管,測得出口處CO2的轉(zhuǎn)化率和甲醇的選擇性[n生成(CH3OH)n反應(yīng)(CO2)×100%]與溫度的關(guān)系如圖1、圖2所示。
①隨著溫度的升高,CO2轉(zhuǎn)化率增大、但甲醇選擇性降低的原因是 。
②假設(shè)定義催化劑催化效率η=n生成(CH3OH)n投入(CO2)×100%,計算340 ℃時三種催化劑的催化效率之比η(In2O3)∶η(Mg/In2O3)∶η(Mn/In2O3)= (寫出計算過程)。
5.(15分)(2024·全國甲卷)甲烷轉(zhuǎn)化為多碳化合物具有重要意義。一種將甲烷溴化再偶聯(lián)為丙烯(C3H6)的研究所獲得的部分數(shù)據(jù)如下?；卮鹣铝袉栴}:
(1)已知如下熱化學(xué)方程式:
CH4(g)+Br2(g)CH3Br(g)+HBr(g) ΔH1=-29 kJ·ml-1
3CH3Br(g)C3H6(g)+3HBr(g) ΔH2=+20 kJ·ml-1
計算反應(yīng)3CH4(g)+3Br2(g)C3H6(g)+6HBr(g)的ΔH= kJ·ml-1。
(2)CH4與Br2反應(yīng)生成CH3Br,部分CH3Br會進一步溴化。將8 mml CH4和8 mml Br2通入密閉容器,平衡時,n(CH4)、n(CH3Br)與溫度的關(guān)系見下圖(假設(shè)反應(yīng)后的含碳物質(zhì)只有CH4、CH3Br和CH2Br2)。
(ⅰ)圖中CH3Br的曲線是 (填“a”或“b”)。
(ⅱ)560 ℃時,CH4的轉(zhuǎn)化率α= ,n(HBr)= mml。
(ⅲ)560 ℃時,反應(yīng)CH3Br(g)+Br2(g)CH2Br2(g)+HBr(g)的平衡常數(shù)K= 。
(3)少量I2可提高生成CH3Br的選擇性。500 ℃時,分別在有I2和無I2的條件下,將8 mml CH4和8 mml Br2通入密閉容器,溴代甲烷的物質(zhì)的量(n)隨時間(t)的變化關(guān)系見下圖。
(ⅰ)在11~19 s之間,有I2和無I2時CH3Br的生成速率之比v(有I2)v(無I2)= 。
(ⅱ)從圖中找出I2提高了CH3Br選擇性的證據(jù): 。
(ⅲ)研究表明,I2參與反應(yīng)的可能機理如下:
①I2(g)·I(g)+·I(g)
②·I(g)+CH2Br2(g)IBr(g)+·CH2Br(g)
③·CH2Br(g)+HBr(g)CH3Br(g)+·Br(g)
④·Br(g)+CH4(g)HBr(g)+·CH3(g)
⑤·CH3(g)+IBr(g)CH3Br(g)+·I(g)
⑥·I(g)+·I(g)I2(g)
根據(jù)上述機理,分析I2提高CH3Br選擇性的原因: 。
6.(14分)(2024·安徽卷)乙烯是一種用途廣泛的有機化工原料。由乙烷制乙烯的研究備受關(guān)注?；卮鹣铝袉栴}:
【乙烷制乙烯】
(1)C2H6氧化脫氫反應(yīng):
2C2H6(g)+O2(g)2C2H4(g)+2H2O(g) ΔH1=-209.8 kJ·ml-1
C2H6(g)+CO2(g)C2H4(g)+H2O(g)+CO(g) ΔH2=+178.1 kJ·ml-1
計算:2CO(g)+O2(g)2CO2(g) ΔH3= kJ·ml-1
(2)C2H6直接脫氫反應(yīng)為C2H6(g)C2H4(g)+H2(g) ΔH4,C2H6的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度和壓強的關(guān)系如圖所示,則ΔH4 (填“>”“

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