(本题共8分)
水煤气法制甲醇工艺流程框图如下
(注:除去水蒸气后的水煤气含55~59%的H2,15~18%的CO,11~13%的CO2,少量的H2S、CH4,除去H2S后,可采用催化或非催化转化技术,将CH4转化成CO,得到CO、CO2和H2的混合气体,是理想的合成甲醇原料气,即可进行甲醇合成)
(1)制水煤气的主要化学反应方程式为:C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g),此反应是吸热反应。①此反应的化学平衡常数表达式为 ;
②下列能提高碳的平衡转化率的措施是 。
A.加入C(s) | B.加入H2O(g) | C.升高温度 | D.增大压强 |
(2)将CH4转化成CO,工业上常采用催化转化技术,其反应原理为:
CH4 (g)+3/2O2 (g)CO (g)+2H2O (g) +519KJ。工业上要选择合适的催化剂,分别对X、Y、Z三种催化剂进行如下实验(其他条件相同)
① X在T1℃时催化效率最高,能使正反应速率加快约3×105倍;
② Y在T2℃时催化效率最高,能使正反应速率加快约3×105倍;
③ Z在T3℃时催化效率最高,能使逆反应速率加快约1×106倍;
已知:T1>T2>T3,根据上述信息,你认为在生产中应该选择的适宜催化剂是 (填“X”或“Y”或“Z”),选择的理由是 。
(3)合成气经压缩升温后进入10m3甲醇合成塔,在催化剂作用下,进行甲醇合成,主要反应是:2H2(g) + CO(g) CH3OH(g)+181.6kJ。T4℃下此反应的平衡常数为160。此温度下,在密闭容器中加入CO、H2,反应到某时刻测得各组分的浓度如下:
物质 |
H2 |
CO |
CH3OH |
浓度/(mol·L-1) |
0.2 |
0.1 |
0.4 |
①比较此时正、逆反应速率的大小:v正 v逆(填“>”、“<”或“=”)。
②若加入同样多的CO、H2,在T5℃反应,10 min后达到平衡,此时c(H2)=0.4 mol·L-1、c(CO)=0.7 mol·L-1、则该时间内反应速率v(CH3OH) = mol·(L·min)-1。
(4)生产过程中,合成气要进行循环,其目的是 。
已知I、II反应在一定条件节焓变及平衡常数如下:
(1)用△Hl、△H2表示反应4H2(g)+2SO2(g)S2(g)+4H2O(g)的△H
(2)回答下列反应(Ⅰ)的相关问题:
①温度为T1,在1L恒容容器中加入1.8mol H2、1.2mol S2, 10min时反应达到平衡。测得10min V(H2S)=0.08 mol·L-1·min-l,则该条件下的平衡常数为L·mo1-l,若此时再向容器中充H2、S2、H2S各0.8mol,则平衡移动方向为(填“正向”、“逆向”或“不移动”);
②温度为T2时T2>T1),在1L恒容容器中也加入1.8mol H2、1.2mol S2,建立平衡时测得S2的转化率为25%,据此判断△H10(填“>”或“<”),与T1时相比,平衡常数K1(填“增大”、“减小”或“不变”);
(3)常温下,用SO2与NaOH溶液反应可得到NaHSO3、Na2SO3等。
①已知Na2SO3水溶液显碱性,原因是(写出主要反应的离子方程式),该溶液中,[Na+]2[ SO]+ [HSO
](填“>”、“<”或“=”)。
②在某NaHSO3、Na2SO3混合溶液中HSO、SO
物质的量分数随pH变化曲线如图所示(部分):根据图示,求SO
的水解平衡常数=mol·L-1.
研究证明,CO2可作为合成低碳烯烃的原料加以利用,目前利用CO2合成乙烯相关的热化学方程式如下:
反应开始时在0.lMPa下,以n(H2):n(CO2)=3:1的投料比充入体积固定的密闭容器中,发生反应Ⅳ,不同温度下平衡时的四种气态物质的物质的量百分数如图1所示:
请回答下列问题:
(1)△H4=kJ-mol-1。
(2)可以判断该反应已经达到平衡的是。
A.v(CO2)="2" v (C2H4)
B.混合气体的密度不再改变
C.混合气体的压强不再改变
D.平衡常数K不再改变
E.C2H4的体积分数不变
(3)曲线a表示的物质为 (写化学式),判断依据是 。
(4)为提高CO2的平衡转化率,可以采取的措施是。
A.降低温度
B.分离出H2O
C.增加原催化剂的表面积
D.增大压强
E.投料比改为n(H2):n(CO2)=2:1
(5)在图2中,画出393K时体系中C2H4的体积分数随反应时间(从常温进料开始计时)的变化趋势曲线,并标明平衡时C2H4的体积分数数值。
已知A、B、C、D、E五种元素的原子序数依次递增,A、B、C、D位于短周期。A是原子半径最小的元素;B的基态原子中电子占有三种能量不同的原子轨道,且每种轨道中的电子总数相同;D原子的核外成对电子数是未成对电子数的3倍;E有“生物金属”之称,E4+和氩原子的核外电子排布相同。A、B、D三种元素组成的一种化合物M是新装修居室中常含有的一种有害气体,A、B两种元素组成的原子个数之比为1:1的化合物N是常见的有机溶剂。
请回答下列问题(答题时,A、B、C、D、E用所对应的元素符号表示):
(1)A2D2分子的电子式为______,E的基态原子的外围电子排布式为_______。
(2)A、B、C、D四种元素中电负性大小顺序的是__________________。
(3)单质B与C的最高价氧化物的水化物的浓溶液微热反应,其化学方程为_______________。
(4)下列叙述正确的是______(填序号)。
a.M是极性分子,N是非极性分子
b.M和BD2分子中的中心原子均采用sp2杂化
c.N分子中含有6个σ键和1个π键
d.BD2晶体的熔点、沸点都比二氧化硅晶体的低
(5)已知:①E的一种氧化物Q,其晶胞结构如图所示
②已知:Q(s)+2Cl2(g)=ECl4(l)+D2(g)△H=+140kJ/mol;
2B(s)+D2(g)=2BD(g)△H=-221kJ/mol
写出物质Q和焦炭、氯气反应生成液态ECl4(l)和BD气体的热化学方程式:_________。
(6)在0.5L的密闭容器中,一定量的C2和A2进行如下化学反应:C2(g)+3A2(g)==2CA3(g)ΔH<0,其化学平衡常数K与温度t的关系如下表。请回答下列问题。
①试比较K1,K2的大小,K1________K2(填写“>”、“=”或“<”)。
②在40 0 0C时,当测得CA3 和C2、A2的物质的量分别为3mol和1mol、2mol时,则该反应的v(C2)正____v(C2)逆(填写“>”、“= ”或“ < ”)。
选做【化学物质结构与性质】右图a~f分别表示由H、C、N、Na、Si、Cu元素组成的单质,其中c、d均为热和电的良导体。单质分别对应的熔点如图所示:
(1)从电负性角度分析,C、Si和N元素的非金属活泼性由强至弱的顺序为;
(2)图中d单质对应元素原子的电子排布式。用价层电子对互斥理论推断,单质a、b、f对应的元素以原子个数比1:1:1形成的分子中化学键的键角为。
(3)a与b的元素形成的10电子中性分子X,X溶于水后的溶液滴入到含d元素高价离子的溶液中至过量,生成的含d元素离子的化学式为。
(4)上述六种元素中的一种元素形成的含氧酸分子的结构模型(原子共平面)如图:
则可判断该元素原子(中心原子)的杂化方式是。氮化硅是一种高温陶瓷材料,硬度大、熔点高、化学性质稳定,其基本结构单元如图,则其化学式为_______。
选做【化学—化学与技术】工业上一种制备氯化铁及高铁酸钾的工艺流程如下:
(1)吸收塔中的吸收剂X是;从副产物FeCl3溶液中获得FeCl3·6H2O的操作是、加热浓缩、再冷却结晶。
(2)用FeCl3溶液(副产物)腐蚀印刷线路板所得的废液中含FeCl3、FeCl2和CuCl2,用化学方法可以回收废液中铜;合并过滤后的剩余液体可以作为上述工艺流程中的吸收剂X。则在此过程中,先后加入的物质分别是。
(3)碱性条件下反应①的离子方程式为____________________________________。
(4)过程②将混合溶液搅拌半小时,静置,抽滤获得粗产品。该反应的化学方程式为2KOH+Na2FeO4=K2FeO4+2NaOH,请根据复分解反应原理分析反应发生的原因:。K2FeO4在水溶液中易发生反应:4FeO42-+10H2O4Fe(OH)3+8OH-+3O2↑,在提纯K2FeO4时采用重结晶、洗涤、低温烘干的方法,则洗涤剂最好选用(填序号)。
a.H2O
b.稀KOH溶液、异丙醇
c.NH4Cl溶液、异丙醇
d.Fe(NO3)3溶液、异丙醇