T℃
5
15
25
35
50
K
1100
841
689
533
409
温度/℃
80
230
平衡常数
5×104
2
1.9×10-5
“氢经济”是“双碳”转型中非常关键的一环。大量安全制空是关键技术之一。
方法一:甲烷-水蒸气催化重整法。其涉及的主要反应如下:
反应I:
反应Ⅱ:
(1)反应能自发进行的条件是________(填“高温”“低温”或“任何温度下”)
(2)为了提高的平衡转化率,同时提高CO的浓度,可以采取的措施是________(填字母)。
(3)恒定压强为时,将的混合气体投入反应器中发生反应I和Ⅱ,平衡时,各组分的物质的量分数与温度的关系如图所示。
①图中表示的物质的量分数与温度的变化曲线是________(填字母)。
②系统中的含量在700℃左右出现峰值,试从化学平衡的角度解释出现峰值的原因:________。
③600℃时,计算反应Ⅱ的平衡常数________(是以分压表示的平衡常数,分压=总压物质的量分数,结果可用分数表示)。
方法二:甲醇催化脱空法。催化反应的部分机理如下:
历程i: 历程ii:
历程iii: 历程iv:
(4)在一个2L恒容密闭容器中投入 , 20min后,测得甲醇的转化率(X)与甲醛的选择性(S)分别与温度的关系如左图所示。700℃时,历程iii能量~反应过程如右图所示,在图上画出历程ii的“能量~反应过程”示意图________。
Ⅰ.传统的“哈伯法”合成氨原理为:
(1)上述反应在常温下(填“能”或“不能”)自发进行。
(2)工业合成氨选择的催化剂是。
(3)恒温、恒容密闭容器中进行上述反应,一定能说明该反应达到平衡状态的是。
a.、、的浓度之比为 b.容器内气体压强保持不变
c. d.混合气体的密度保持不变
(4)改变下列条件能加快反应速率,且单位体积内反应物活化分子百分数不变的是。
a.增大浓度 b.增大压强 c.升高温度 d.使用催化剂
(5)工业合成氨中,下列措施不符合绿色化学理念的是。
a.将氨气及时液化,分离出反应体系
b.将从反应体系中分离出的和重新输送到反应器中予以循环利用
c.氨合成塔中内置热交换器用来预热后续通入的冷的氮气和氢气
d.可采用1000℃的高温使得反应速率更快
Ⅱ.科研小组模拟不同条件下的合成氨反应,向体积可变的密闭容器中充入和 , 不同温度下平衡时氨气的体积分数与总压强(p)的关系如图所示。
(6)、、由小到大的顺序为。
(7)在、条件下,若此时容器体积为 , 后反应达到平衡,则内的平均反应速率为,平衡常数(保留两位有效数字)。
Ⅲ.东南大学王金兰课题组提出合成氨的“表面氢化机理”,在较低的电压下实现氮气的还原合成氨。
已知:第一步:(快)(吸附在催化剂表面的物种用*表示)
第二步:(慢)(吸附在催化剂表面)
第三步:(快)
(8)较传统工业合成氨法,该方法具有的优点。
a.
b.
c.
①
②
25℃时,反应②的平衡常数为。溶液中的浓度与其在空气中的分压成正比(分压=总压×物质的量分数),比例系数为 , 当大气压强为 , 大气中的物质的量分数为x时,溶液中浓度为(写出表达式,忽略水和的电离)。
途径Ⅰ:①
途径Ⅱ:先制成水煤气:②
再燃烧水煤气:③
④
①该反应在(填“高温”或“低温”)下能自发进行。
②写出该反应的平衡常数表达式。
③温度升高平衡常数(填“增大”“减小”或“不变”),恒温恒容条件下,再投入 , 平衡向方向移动,达到新平衡时与原平衡状态相比(填“增大”“减小”或“不变”)
在有催化剂作用下,与反应主要产物为①;无催化剂时,升高温度更有利于提高的产率。
结合图像判断能否用钴氧化物代替铁氧化物进行热化学循环制氢?若可行,举出采用钴氧化物的一个优势;若不可行,说明理由:。
已知:① △H>0
② △H<0
推测当温度达到570℃,平衡时CO体积百分含量最高的原因:。