【题目】丙烯是一种重要的化工原料,可通过丁烯催化裂解或丁烯与甲醇耦合制备。
Ⅰ.丁烯催化裂解生产丙烯的反应方程式是2C4H8(g)2C3H6(g)+ C2H4(g)。
(1)已知C4H8、C3H6、C2H4的燃烧热分别为2710.0 kJmol-1、2050.0 kJmol-1、1410.0 kJmol-1,则该反应的ΔH=_______ kJmol-1。下列操作既能提高C4H8的平衡转化率,又能加快反应速率的是_________。
A.升高温度 B.增大压强
C.增大C4H8的浓度 D.使用更高效的催化剂
(2)某温度下,在体积为2 L的刚性密闭容器中充入2.00 mol C4H8进行上述反应,容器内的总压强p随时间t的变化如下表所示:
反应时间t/min | 0 | 2 | 4 | 6 | 8 | 10 | 12 |
总压强p/kPa | 4.00 | 4.51 | 4.80 | 4.91 | 4.96 | 5.00 | 5.00 |
则0~10 min内υ(C4H8)=_______ molL-1min-1,该温度下的平衡常数K=_______kPa(用气体的分压表示)。
Ⅱ.将甲醇转化耦合到丁烯裂解过程中生产丙烯,主要涉及下列反应:
① 2C4H8(g)2C3H6(g)+ 2H4(g) ΔH>0
② 2CH3OH(g)C2H4(g) + 2H2O(g) ΔH<0
③ C2H4(g)+ C4H8(g)2C3H6(g) ΔH<0
已知:甲醇吸附在催化剂上,可以活化催化剂;甲醇浓度过大也会抑制丁烯在催化剂上的转化。
(3)图1是C3H6及某些副产物的产率与n(CH3OH)/n(C4H8)的关系曲线。最佳的n(CH3OH)/n(C4H8)约为_________。
(4)图2是某压强下,将CH3OH和C4H8按一定的物质的量之比投料,反应达到平衡时C3H6的体积分数随温度的变化曲线。由图可知平衡时C3H6的体积分数随温度的升高呈现先升高后降低,其原因可能是__________________________________________________。
(5)下列有关将甲醇转化耦合到丁烯裂解过程中生产丙烯的说法正确的是________。
A.增大甲醇的通入量一定可以促进丁烯裂解
B.甲醇转化生成的水可以减少催化剂上的积碳,延长催化剂的寿命
C.提高甲醇与丁烯的物质的量的比值不能提高丙烯的平衡组成
D.将甲醇转化引入丁烯的裂解中,可以实现反应热效应平衡,降低能耗
【答案】+90.0 A 0.0500 1 1 300~500℃时,丁烯裂解(反应①)为主要反应,是吸热反应,升高温度,平衡正移,使C3H6的体积分数增大;温度高于500℃时,反应②③均为主要反应,是放热反应,升高温度,平衡逆移,使C3H6的体积分数降低,同时温度升高易发生副反应,C3H6可能转化为C2H4、C3H8、C4H10、C5+等,使C3H6的体积分数降低 BD
【解析】
Ⅰ.(1)已知:C4H8、C3H6、C2H4的燃烧热分别为2710.0 kJmol-1、2050.0 kJmol-1、1410.0 kJmol-1,则:①C4H8(g)+6O2(g)═4CO2(g)+4H2O(l)△H1=-2710.0kJ·mol-1;②2C3H6(g)+9O2(g)═3CO2(g)+3H2O(l)△H2=-4100.0kJ·mol-1;③C2H4(g)+3O2(g)═2CO2(g)+2H2O(l)△H3=-1410.0kJ·mol-1;根据盖斯定律,①×2-②-③可得:2C4H8(g)2C3H6(g)+ C2H4(g),即可计算△H;再结合影响反应速率的因素和平衡的移动分析判断;
(2)在恒温恒容的密闭容器中,压强与气体的总物质的量成正比,当反应进行到10min时达到平衡,此时容器内气体总物质的量为2mol×=2.5mol,设反应生成的C2H4(g)的物质的量为nmol,则:
2C4H8(g)2C3H6(g)+ C2H4(g)
起始物质的量(mol) 2 0 0
变化物质的量(mol) 2n 2n n
平衡物质的量(mol) 2-2n 2n n
则(2-2n)+2n+n=2.5,解得:n=0.5;结合反应速率和平衡常数公式进行计算;
Ⅱ.(3)根据图1分析C3H6产率最高时n(CH3OH)/n(C4H8)的比值;
(4)结合温度对反应速率的影响和对反应①②③平衡时的影响分析;
(5)结合平衡移动原理逐一分析判断各选项。
Ⅰ.(1)已知:C4H8、C3H6、C2H4的燃烧热分别为2710.0 kJmol-1、2050.0 kJmol-1、1410.0 kJmol-1,则:①C4H8(g)+6O2(g)═4CO2(g)+4H2O(l)△H1=-2710.0kJ·mol-1;②2C3H6(g)+9O2(g)═3CO2(g)+H2O(l)△H2=-4100.0kJ·mol-1;③C2H4(g)+3O2(g)═2CO2(g)+2H2O(l)△H3=-1410.0kJ·mol-1;根据盖斯定律,①×2-②-③×2可得:2C4H8(g)2C3H6(g)+ C2H4(g),则此反应的△H=(-2710.0kJ·mol-1)×2-(-4100.0kJ·mol-1)-(-1410.0kJ·mol-1)=+90.0kJ·mol-1;
A.升高温度,反应速率加快,且平衡向正反应方向移动,能提高C4H8的平衡转化率,故A正确;B.增大压强,反应速率加快,但平衡向逆反应方向移动,降低C4H8的平衡转化率,故B错误;C.增大C4H8的浓度,反应速率加快,但C4H8的平衡转化率降低,故C错误;D.使用更高效的催化剂,反应速率加快,但平衡不移动,不影响C4H8的平衡转化率,故D错误;故答案为A;
(2)在恒温恒容的密闭容器中,压强与气体的总物质的量成正比,当反应进行到10min时达到平衡,此时容器内气体总物质的量为2mol×=2.5mol,设反应生成的C2H4(g)的物质的量为nmol,则:
2C4H8(g)2C3H6(g)+ C2H4(g)
起始物质的量(mol) 2 0 0
变化物质的量(mol) 2n 2n n
平衡物质的量(mol) 2-2n 2n n
则(2-2n)+2n+n=2.5,解得:n=0.5;
故0~10 min内υ(C4H8)=mol·L-1·min-1=0.0500mol·L-1·min-1;该温度下的平衡常数K==1kPa;
Ⅱ.(3)由图1可知当n(CH3OH)/n(C4H8)约为1时C3H6的产率是最高;
(4)由图2可知,300~500℃时,丁烯裂解(反应①)为主要反应,是吸热反应,升高温度,平衡正移,使C3H6的体积分数增大;温度高于500℃时,反应②③均为主要反应,是放热反应,升高温度,平衡逆移,使C3H6的体积分数降低,同时温度升高易发生副反应,C3H6可能转化为C2H4、C3H8、C4H10、C5+等,使C3H6的体积分数降低。
(5)A.反应②中生成的C2H4抑制反应①中C4H8(g)的分解,则增大甲醇的通入量不一定可以促进丁烯裂解,故A错误;B.碳和水在高温度下生成CO和H2,则甲醇转化生成的水可以减少催化剂上的积碳,延长催化剂的寿命,故B正确;C.反应②中生成的C2H4促进反应③中C4H8(g)转化为C3H6(g),有利于提高丙烯的产量,则适当提高甲醇与丁烯的物质的量的比值可以提高丙烯的平衡组成,故C错误;D.反应②中提高甲醇的量,可利用反应放出的热量促进反应①平衡正向移动,达到反应热效应平衡,降低能耗效果,故D正确;故答案为BD。
科目:高中化学 来源: 题型:
【题目】科学家发现对冶金硅进行电解精炼提纯可降低高纯硅制备成本。相关电解槽装置如左下图所示,用Cu—Si合金作硅源,在950℃下利用三层液熔盐进行电解精炼,并利用某CH4燃料电池(如下图所示)作为电源。下列有关说法不正确的是
A. 电极c与b相连,d与a相连
B. 左侧电解槽中;Si优先于Cu被氧化
C. a极的电极反应为CH4-8e—+4O2— ===CO2+2H2O
D. 相同时间下,通入CH4、O2的体积不同,会影响硅的提纯速率
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科目:高中化学 来源: 题型:
【题目】W、X、Y、Z是原子序数依次增大的四种短周期元素。n、p、r是由这些元素组成的二元化合物。m 是元素W的单质。q是元素Y的单质且是制作太阳能电池的原料。p在常温下为常见无色液体,0.010mol·L-1的r溶液中c(H+)为0.010 mol·L-1,s是弱酸且不溶于水。上述物质的转化关系如图所示。下列说法不正确的是
A.r易溶于p
B.原子半径:Z<Y
C.最高价氧化物对应水化物的酸性:Y<Z
D.最简单氢化物的稳定性:X<Y
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科目:高中化学 来源: 题型:
【题目】下列关于阿伏加德罗常数的说法中不正确的是( )
A.6.02×1023叫做阿伏加德罗常数
B.12g12C含有的碳原子数就是阿伏加德罗常数的值
C.含有阿伏加德罗常数值个微粒的物质是1mol
D.1.5molH2O含有9.03×1023个水分子
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【题目】由甲醇、氧气和溶液构成的新型手机电池,可使手机连续使用一个月才充一次电。
(1)写出该电池负极电极反应式______
(2)若以该电池为电源,用石墨作电极电解含有如下离子的溶液。
离子 | ||||
电解一段时间后,当两极收集到相同体积(相同条件)的气体时(忽略溶液体积的变化及电极产物可能存在的溶解现象),阳极上发生的电极反应为______;阴极收集到的气体体积为(标准状况)______。
(3)若用该电池做电源,用石墨做电极电解硫酸铜溶液,当电路中转移时,实际上消耗的甲醇的质量比理论上大,可能原因是______。
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科目:高中化学 来源: 题型:
【题目】对金属制品进行抗腐蚀处理,可延长其使用寿命。以下为铝材表面处理的一种方法:
(1)碱洗的目的是除去铝材表面的自然氧化膜,碱洗时常有气泡冒出,原因是______(用离子方程式表示)。为将碱洗槽液中的铝以沉淀形式回收,最好向槽液中加入下列中的______。
a. b. c. d.
(2)以铝材为阳极,在溶液中电解,铝材表面形成氧化膜,阳极电极反应式为______
取少量废电解液,加入溶液后产生气泡和白色沉淀,产生沉淀的原因是______(用化学用语回答)
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科目:高中化学 来源: 题型:
【题目】为探究铝片(未打磨)与Na2CO3溶液的反应,实验如下:
下列说法不正确的是( )
A. Na2CO3溶液中存在水解平衡:CO32-+H2OHCO3-+OH-
B. 对比Ⅰ、Ⅲ,推测Na2CO3溶液能破坏铝表面的氧化膜
C. Ⅳ溶液中可能存在大量Al3+
D. 推测出现白色浑浊的可能原因:AlO2-+HCO3-+H2O=Al(OH)3↓+CO32-
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科目:高中化学 来源: 题型:
【题目】(10分)铝元素在自然界中主要存在于铝土矿(主要成分为Al2O3,还含有Fe2O3、FeO、SiO2)中。工业上用铝土矿制备铝的某种化合物的工艺流程如下。
(1)在滤液A中加入漂白液,目的是氧化除铁,所得滤液B显酸性。
①检验滤液B中是否还含有铁元素的方法为: (注明试剂、现象)。
②将滤液B中的铝元素以沉淀形式析出,可选用的最好试剂为 (填代号)。
a.氢氧化钠溶液 b.硫酸溶液 c.氨水 d.二氧化碳
③由滤液B制备氯化铝晶体涉及的操作为:边滴加浓盐酸边蒸发浓缩、冷却结晶、
(填操作名称)、洗涤。
④该过程中涉及某氧化还原反应如下,请完成配平:
Fe2++ ClO-+ = Fe(OH)3↓+ C1-+
(2)SiO2和NaOH焙烧制备硅酸钠,可采用的装置为 (填代号)。
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科目:高中化学 来源: 题型:
【题目】若与的电子层结构相同,且2个原子与3个原子的电子总数相等,则下列说法正确的是
A. 为硫元素
B. 元素原子的外围电子排布式为
C. 元素原子的核外电子排布式为
D. 、都是元素周期表中区的元素
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