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1．[2019·北京,27(1)]氢能源是最具应用前景的能源之一,高纯氢的制备是目前的研究热点。 甲烷水蒸气催化重整是制高纯氢的方法之一。
①反应器中初始反应的生成物为H2和CO2,其物质的量之比为4∶1,甲烷和水蒸气反应的方程式是____________________________________________________________________。 ②已知反应器中还存在如下反应:
ⅰ.CH4(g)＋H2O(g)===CO(g)＋3H2(g) ΔH1 ⅱ.CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g) ΔH2 ⅲ.CH4(g)===C(s)＋2H2(g) ΔH3 ……
ⅲ为积炭反应,利用ΔH1和ΔH2计算ΔH3时,还需要利用_____________________________反应的ΔH。
③反应物投料比采用n(H2O)∶n(CH4)＝4∶1,大于初始反应的化学计量数之比,目的是________(填字母)。 a．促进CH4转化 b．促进CO转化为CO2 c．减少积炭生成
④用CaO可以去除CO2。H2体积分数和CaO消耗率随时间变化关系如图所示。
从t1时开始,H2体积分数显著降低,单位时间CaO消耗率________(填“升高”“降低”或“不变”)。此时CaO消耗率约为35%,但已失效,结合化学方程式解释原因:
________________________________________________________________________。 答案 ①CH4＋2H2O(g)=====4H2＋CO2 ②C(s)＋2H2O(g)===CO2(g)＋2H2(g)[或C(s)＋CO2(g)===2CO(g)] ③abc ④降低 CaO＋CO2===CaCO3,CaCO3覆盖在CaO表面,减少了CO2与CaO的接触面积
解析 ①根据CH4与H2O反应生成H2、CO2的物质的量之比为4∶1,结合原子守恒可得反应
催化剂
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催化剂
的化学方程式为CH4＋2H2O(g)=====4H2＋CO2。②根据盖斯定律,由ⅰ＋ⅱ－ⅲ或ⅰ－ⅱ－ⅲ可得目标热化学方程式。③反应物的投料比n(H2O)∶n(CH4)＝4∶1,大于初始反应的化学计量数之比,H2O的物质的量增加,有利于促进CH4转化,促进CO转化为CO2,防止CH4分解生成C(s),从而减少积炭生成。④根据题图可知,从t1时开始,CaO消耗率曲线的斜率逐渐减小,单位时间内CaO消耗率逐渐降低。CaO与CO2反应生成CaCO3,CaCO3会覆盖在CaO表面,减少了CO2与CaO的接触面积,从而失效。
2．[2019·江苏,20(3)]CO2催化加氢合成二甲醚是一种CO2转化方法,其过程中主要发生下列反应:
反应Ⅰ:CO2(g)＋H2(g)===CO(g)＋H2O(g) ΔH＝41.2 kJ·mol1
反应 Ⅱ:2CO2(g)＋6H2(g)===CH3OCH3(g)＋3H2O(g) ΔH＝－122.5 kJ·mol1
在恒压、CO2和H2的起始量一定的条件下,CO2平衡转化率和平衡时CH3OCH3的选择性随温度的变化如图。
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2×CH3OCH3的物质的量其中:CH3OCH3的选择性＝×100%
反应的CO2的物质的量①温度高于300 ℃,CO2平衡转化率随温度升高而上升的原因是
________________________________________________________________________。 ②220 ℃时,在催化剂作用下CO2与H2反应一段时间后,测得CH3OCH3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CH3OCH3选择性的措施有__________________ ____________________________________________________。
答案 ①反应Ⅰ的ΔH＞0,反应Ⅱ的ΔH＜0,温度升高使CO2转化为CO的平衡转化率上升,使CO2转化为CH3OCH3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Ⅱ催化活性更高的催化剂
解析 ①反应Ⅰ为吸热反应,反应Ⅱ为放热反应,当升高温度时,反应Ⅰ平衡正向移动,CO2转化为CO的平衡转化率上升,反应Ⅱ平衡逆向移动,CO2转化为CH3OCH3的平衡转化率下降,且上升幅度超过下降幅度。②反应Ⅰ是气体分子数不变的反应,反应Ⅱ是气体分子数减小的反应,所以可以通过加压使反应Ⅱ平衡正向移动,或者加入有利于反应Ⅱ进行的催化剂。
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题组一 选择反应最佳条件
1．汽车尾气是雾霾形成的原因之一。研究氮氧化物的处理方法可有效减少雾霾的形成,可采用氧化还原法脱硝: 4NO(g)＋4NH3(g)＋O2(g)
催化剂
4N2(g)＋6H2O(g) ΔH<0
根据下图判断提高脱硝效率的最佳条件是____________________________________;氨氮比一定时,在400 ℃时,脱硝效率最大,其可能的原因是
________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。
答案 在氨氮物质的量之比为1,温度在400 ℃时,脱硝效率最大 在400 ℃时催化剂的活性最好,催化效率最高,同时400 ℃温度较高,反应速率快
2．下图是在一定时间内,使用不同催化剂Mn和Cr在不同温度下对应的脱氮率,由图可知工业使用的最佳催化剂为________、相应温度为________;使用Mn作催化剂时,脱氮率b～a段呈现如图变化的可能原因是___________________________________________________。
答案 Mn 200 ℃左右 b～a段,开始温度较低,催化剂活性较低,脱氮反应速率较慢,反应还没达到化学平衡,随着温度升高反应速率变大,一定时间参与反应的氮氧化物变多,导致脱氮率逐渐升高
题组二 解释曲线发生某种现象的原因
3．采用一种新型的催化剂(主要成分是Cu—Mn的合金),利用CO和H2制备二甲醚,反应为4H2(g)＋2CO(g)
CH3OCH3(g)＋H2O(g)。有研究者在压强为5．00 MPa的条件下,将H2和
CO反应直接制备二甲醚,结果如下图所示,其中CO的转化率随温度升高而降低的原因是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。
高考化学二轮复习(新高考版) 第1部分讲义 专题7 大题题空逐空突破(八) 陌生图像的分析与应用
