精英家教网 > 高中化学 > 题目详情
4.大气中CO2含量的增加会加剧温室效应,为减少其排放,需将工业生产中产生的CO2分离出来进行储存和利用.
(1)CO2与NH3反应可合成化肥尿素[化学式为CO(NH22],反应2NH3(g)+CO2(g)?CO(NH22(l)+H2O(g) 在合成塔中进行.图1中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三条曲线为合成塔中按
不同氨碳比[n(NH3)/n(CO2)]和水碳比[n(H2O)/n(CO2)]投料时二氧化碳转化率的情况.
①曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ水碳比的数值范围分别为0.6~0.7、1~1.1和1.5~1.61,则生产中应选用水碳比的数值范围为0.6~0.7.
②请推测生产中氨碳比控制在4.0左右还是控制在4.5左右比较适宜,并简述你的理由4.0比较适宜,氨碳比在4.5时,NH3的量增大较多,而CO2的转化率增加不大,提高了生产成本.

(2)CO2与H2也可用于合成甲醇:CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g).在体积可变的恒压密闭容器中,该反应在不同温度、不同投料比时,CO2的平衡转化率如图2所示.
①该反应的化学平衡常数的表达式为K=$\frac{c(CH{\;}_{3}OH)c(H{\;}_{2}O)}{c(CO{\;}_{2})c(H{\;}_{2}){\;}^{3}}$.
②该反应的△S<0,△H<0(填“>”或“<”).
③700K投料比[n(H2):n(CO2)]=2时,H2的平衡转化率为45%.
(3)固体氧化物电解池(SOEC)用于高温电解CO2/H2O,既可高效制备合成气(CO+H2),又可实现CO2的减排,其工作原理如图3.

①在c极上反应分两步进行:首先水电解产生氢气,然后氢气与CO2反应产生CO.
写出电极c上发生的电极反应式:H2O+2e-=H2+O2-
②若电解得到的1:1的合成气(CO+H2),则通入的CO2和H2O物质的量比值为1:2.
(4)以TiO2/Cu2Al2O4为催化剂,可以将CO2和CH4直接转化成乙酸.在不同温度下催化剂的催化效率与乙酸的生成速率的关系见图4.如何解释图4中250-400℃时温度升高与乙酸的生成速率变化的关系?在250-300℃过程中,催化剂是影响速率的主要因素,因此催化效率的降低,导致反应速率也降低;而在300-400℃时,催化效率低且变化程度较小,但反应速率增加较明显,因此该过程中温度是影响速率的主要因素,温度越高,反应速率越大.

分析 (1)①依据反应转化率的大小分析,结合图象分析判断;
②氨碳比在4.5时氨气量增大对二氧化碳的转化率增加不大;
(2)①根据平衡常数等于生成物的浓度幂之积除以反应物的浓度幂之积进行书写;
②根据反应前后气体的物质的量大小判断△S,根据温度对平衡的影响分析△H;
③由图可知,在700K,投料比[n(H2):n(CO2)]=2时,二氧化碳转化率为30%,令CO2、H2的起始物质的量分别为1mol、2mol,转化的二氧化碳为0.3mol,根据方程式可知转化的氢气为0.9mol,进而计算H2 的转化率;
(3)水电解产生氢气,电极反应为H2O+2e-═H2+O2-,后反应为H2+CO2═H2O+CO,根据电极反应式可得电解得到1:1的合成气(CO+H2)通入的CO2和H2O物质的量之比;
(4)在250-300℃过程中,催化剂是影响速率的主要因素,因此催化效率的降低,导致反应速率也降低;而在300-400℃时,催化效率低且变化程度较小,但反应速率增加较明显.

解答 解:(1)①氨碳比相同时曲线Ⅰ二氧化碳的转化率大,所以生产中选用水碳比的数值为0.6~0.7;
故答案为:0.6~0.7;
②氨碳比在4.5时,需要氨气较多,但依据图象分析二氧化碳转化率增大不多,工业合成氨生成工艺较复杂,提高生产成本,所以氨碳比控制在4.0左右;
故答案为:4.0比较适宜;氨碳比在4.5时,NH3的量增大较多,而CO2的转化率增加不大,提高了生产成本;
(2)①平衡常数等于生成物的浓度幂之积除以反应物的浓度幂之积,所以平衡常数K=$\frac{c(CH{\;}_{3}OH)c(H{\;}_{2}O)}{c(CO{\;}_{2})c(H{\;}_{2}){\;}^{3}}$,故答案为:K=$\frac{c(CH{\;}_{3}OH)c(H{\;}_{2}O)}{c(CO{\;}_{2})c(H{\;}_{2}){\;}^{3}}$;
②因为该反应为气体减小的反应,则△S<0,因为温度越高,CO2转化率越小,则平衡逆移,所以该反应正方向为放热反应,即△H<0,故答案为:<;<;
③由图可知,在700K,投料比[n(H2):n(CO2)]=2时,二氧化碳转化率为30%,令CO2、H2的起始物质的量分别为1mol、2mol,转化的二氧化碳为0.3mol,根据方程式可知转化的氢气为0.9mol,进而计算H2 的转化率=$\frac{0.9mol}{2mol}$×100%=45%,
故答案为:45%;
(3)①在c极水电解产生氢气,电极反应为H2O+2e-═H2+O2-,后反应为H2+CO2═H2O+CO;故答案为:H2O+2e-═H2+O2-
②若电解得到的1:1的合成气(CO+H2),在c极水电解产生氢气,电极反应为H2O+2e-═H2+O2-,后反应为H2+CO2═H2O+CO,则产生CO消耗等量的H2,故H2和CO物质的量比为2:1,所以通入的CO2和H2O物质的量比值为1:2;故答案为:1:2;
(4)在250-300℃过程中,催化剂是影响速率的主要因素,因此催化效率的降低,导致反应速率也降低;而在300-400℃时,催化效率低且变化程度较小,但反应速率增加较明显,故答案为:在250-300℃过程中,催化剂是影响速率的主要因素,因此催化效率的降低,导致反应速率也降低;而在300-400℃时,催化效率低且变化程度较小,但反应速率增加较明显,因此该过程中温度是影响速率的主要因素,温度越高,反应速率越大.

点评 本题考查了化学平衡移动原理的应用,电解池电极反应的分析书写以及图象分析等,题目难度中等,培养学生信息应用能力.

练习册系列答案
相关习题

科目:高中化学 来源: 题型:选择题

20.下列常见材料中,属于有机高分子材料的是(  )
A.塑料B.陶瓷C.玻璃D.水泥

查看答案和解析>>

科目:高中化学 来源: 题型:选择题

1.下列有关化学用语书写正确的是(  )
A.碳酸氢钠的水解:HCO3-+H2O=H3+O+CO32-
B.14g乙烯燃烧生成液态水产生b kJ热量,则表示其燃烧热的热化学方程式为:C2H4(g)+3O2(g)═2H2O(g)+2CO2(g)△H=-2b kJ•mol-1
C.用两根铜棒电解盐酸:2H++2Cl-$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$H2↑+Cl2
D.在酸性碘化亚铁溶液中通入少量氧气:4I-+O2+4H+=2I2+2H2O

查看答案和解析>>

科目:高中化学 来源: 题型:选择题

12.据报道,摩托罗拉公司开发的一种以甲醇为原料,以KOH为电解质的用于手机的可充电的高效燃料电池,充一次电可持续使用一个月.关于该电池的叙述正确的是(  )
A.放电时,正极反应为式:O2+4e-+4H+═2H2O
B.放电时,负极反应为式:CH3OH-6e-+8OH-═CO32-+6H2O
C.充电时,原电池的负极与电源的正极相连接
D.充电时,阴极反应式为:4OH--4e-═2H2O+O2

查看答案和解析>>

科目:高中化学 来源: 题型:填空题

19.画出下列元素原子的轨道表示式(电子排布图):
①N
②F

查看答案和解析>>

科目:高中化学 来源: 题型:选择题

9.设NA为阿伏加德罗常数的值,下列说法正确的是(  )
A.常温下,3.65gHCl与1.7gNH3混合后,气体分子总数是0.2NA
B.100g 98%的浓硫酸中含有的氧原子数目为4 NA
C.1mol乙酸(忽略挥发损失)与足量的C2H518OH在浓硫酸作用下加热,充分反应可生成NA个CH3CO18OC2H5分子
D.氯碱工业中,每转移2NA个电子,可以产生标况下44.8L气体

查看答案和解析>>

科目:高中化学 来源: 题型:选择题

16.下列化学方程式或离子方程式正确的是(  )
A.将过量的SO2通入NaClO溶液中:SO2+ClO-+H2O=HClO+HSO3-
B.双氧水作脱氯剂,用于消除水中的氯气:Cl2+H2O2=2HCl+O2
C.用惰性电极电解饱和氯化镁溶液:2Cl-+2H2O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$H2↑+Cl2↑+2OH-
D.“84消毒液”和“洁厕灵”(主要成分为盐酸)混合使用会产生有毒气体:ClO3-+5Cl-+6H+=3Cl2↑+3H2O

查看答案和解析>>

科目:高中化学 来源: 题型:选择题

16.A、B、C、D四种元素,己知A元素是地壳中含量最多的元素;B元素为金属元素,它的原子核外K、L层上电子数之和等于M、N层电子数之和;C元素是第3周期还原性最强元素;D元素在第3周期中,其单质是非常稳定的气体.下列有关叙述错误的是(  )
A.四种元素A、B、C、D分别为O、Ca、Na、Ar
B.元素A、B、C两两组成的化合物可为CaO、CaO2、Na2O、Na 2O2
C.元素A、C简单离子的半径大小关系为A<C
D.元素B、C活泼性为B>C

查看答案和解析>>

科目:高中化学 来源: 题型:选择题

17.有机物A的结构简式如图:下列有关A的性质叙述中,正确的是(  )
A.A与金属钠完全反应时,两者反应的物质的量之比为1:3
B.lmolA最多能与5mol氢气发生反应,反应类型是加成反应
C.1molA与足量碳酸氢钠溶液反应,生成CO2的物质的量为2mol
D.A既能与羧基反应,又能与醇反应,还能发生水解反应

查看答案和解析>>

同步练习册答案