二甲醚(DME)和甲醇是21世纪应用最广泛的两种清洁燃料,目前工业上均可由合成气在特定催化剂作用下制得。
(1)由合成气制备二甲醚的主要原理如下:
已知:①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H1=-90.7 kJ·mol-1
②2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) △H2=-23.5 kJ·mol-1
③CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) △H3=-41.2 kJ·mol-1
则反应3H2(g)+3CO(g)CH3OCH3(g)+CO2(g)的△H= kJ·mol-1。
(2)将合成气以n(H2)/n(CO)=2通入1 L的反应器中,一定条件下发生反应:
4H2(g)+2CO(g)CH3OCH3(g)+H2O(g),其中CO的平衡转化率随温度、压强变化关系如图所示:
①该反应的平衡常数表达式为 ;P1、P2、P3由大到小的顺序为 。
②若反应在P3和316℃时,起始时n(H2)/n(CO)=3,则达到平衡时,CO的转化率 50%(填“大于”、“小于”或“等于”)。
(3)由合成气合成甲醇的反应的温度与平衡常数(K)的关系如表数据,
250℃时,将2 molCO和6 molH2充入2L的密闭容器中发生反应,反应时间与物质浓度的关系如图所示,则前10分钟内,氢气的平均反应速率为 ;若15分钟时,只改变温度一个条件,假设在20分钟时达到新平衡,氢气的转化率为33.3%,此时温度为 (从上表中选),请在图中画出15—25分钟c (CH3OH)的变化曲线。
(4)利用甲醇液相脱水也可制备二甲醚,原理是:CH3OH +H2SO4→CH3HSO4+H2O,CH3HSO4+CH3OH→CH3OCH3+H2SO4。与合成气制备二甲醚比较,该工艺的优点是反应温度低,转化率高,其缺点是 。
Fenton法常用于处理含难降解有机物的工业废水,通常是在调节好pH和Fe2+浓度的废水中加入H2O2所产生的羟基自由基能氧化降解污染物。现运用该方法降解有机污染物p-CP,探究有关因素对该降解反应速率的影响。
【实验设计】控制p-CP的初始浓度相同,恒定实验温度在298K或313K(其余实验条件见下表)。设计如下对比实验。
(1)请完成以下实验设计表(请填满表中空缺地方,表中不要留空格)。
实验编号 |
实验目的 |
T/K |
pH |
![]() |
|
H2O2 |
Fe2+ |
||||
① |
为以下实验做参照 |
298 |
3 |
6.0 |
0.30 |
② |
探究温度对降解反应速率的影响 |
||||
③ |
298 |
10 |
6.0 |
0.30 |
【数据处理】实验测得p-CP的浓度随时间变化的关系如右上图。
(2)请根据右上图实验①曲线,计算降解反应在50 -150内的反应速率ν(p-CP )=
【解释与结论】
(3)实验①②表明温度升高,降解反应速率增大。但温度过高时反而导致降解反应速率减小,请从Fenton法所使用试剂H2O2的角度分析原因:;
(4)实验③得出的结论是:pH=10时,;
【思考与交流】
(5)实验时需在不同时间从反应器中取样,并使所取样品中的反应立即停止下来,根据上图中信息,给出一种迅速停止反应的方法:。
在溶液中,反应A+2BC分别在三种不同实验条件下进行,它们的起始浓度分别为c(A)=0.100mol/L,c(B)=0.200mol/L,c(C)=0.000mol/L。反应物A浓度随时间变化如图所示。
请回答下列问题:
(1)实验③平衡时C的浓度为____________;
(2)与①比较,②和③分别仅改变一种反应条件。其中,②所改变的条件___________,
判断的理由是:__________________________________;③所改变的条件是_________。
(3)该反应的△H _____0,判断其理由是___________________________________________。
(4)下图表示实验①条件下达到平衡时,由于条件改变而引起反应速度和化学平衡的变化情况。若降温时,请把反应速度变化情况画在图中a~b处。
利用光能和光催化剂,可将CO2和H2O(g)转化为CH4和O2。紫外光照射时,在不同催化剂(I,II,III)作用下,CH4产量随光照时间的变化如图所示。
(1)在0-15小时内,CH4的平均生成速率vⅠ、vⅡ和v Ⅲ 从大到小的顺序为 ;
反应开始后的30小时内,在第 种催化剂的作用下,收集的CH4最多。
(2)将所得CH4与H2O(g)通入聚焦太阳能反应器,发生反应:CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g),该反应的△H="+206" kJ•mol-1
①在答题卡的坐标图中,画出反应过程中体系的能量变化图(进行必要的标注)
②将等物质的量的CH4和H2O(g)充入1L恒容密闭容器,某温度下反应达到平衡,平衡常数K=27,此时测得CO的物质的量为0.10mol,求CH4的平衡转化率(计算结果保留两位有效数字)。
(3)已知CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) H= -890kJ·mol-1,现有甲烷和一氧化碳的混合气体共0.75mol,完全燃烧后生成气态二氧化碳和18g液态水,并放出515kJ热量,请写出一氧化碳燃烧的热化学方程式__________________ 。
盖斯定律在生产和科学研究中有很重要的意义。有些反应的反应热虽然无法直接测得,但可通过间接的方法测定。现根据下列3个热化学反应方程式:
Fe2O3(s)+3CO(g)= 2Fe(s)+3CO2(g) △H= ―24.8kJ/mol
3Fe2O3(s)+ CO(g)=2Fe3O4(s)+ CO2(g) △H= ―47.2kJ/mol
Fe3O4(s)+CO(g)=3FeO(s)+CO2(g) △H= +640.5kJ/mol
写出CO气体还原FeO固体得到Fe固体和CO2气体的热化学反应方程式:
________________
甲醛是一种重要的化工产品,可利用甲醇催化脱氢制备气态甲醛。甲醛与气态甲醇转化的能量关系如图所示:
(1)甲醇催化脱氢转化为甲醛的反应是 (填“吸热”或“放热”)反应.
(2)过程Ⅰ与过程Ⅱ的反应热是否相同? ,理由是。
(3)合成甲醇的主要反应为:CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)△H<0,其化学平衡常数K和温度T的关系如下表所示:
T/℃ |
T1 |
T2 |
T3 |
K |
1/1000 |
1/40 |
25 |
T1、T2、T3的大小关系为