正丁烷催化裂解为化工行业提供了丰富的原料，相关反应如下：反应Ⅰ 反应Ⅱ 回答下列问题：

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1. 正丁烷催化裂解为化工行业提供了丰富的原料，相关反应如下：

反应Ⅰ $\text{[math]}$ $\text{[math]}$

反应Ⅱ $\text{[math]}$ $\text{[math]}$

回答下列问题：

(1) 已知 $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$ 随着温度变化的三种趋势如图1中曲线所示。能用来表示反应Ⅱ的曲线是(填“x”、“y”或“z”)。

(2) 某温度下，向 $\text{[math]}$ 密闭的刚性容器中通入 $\text{[math]}$ 发生反应Ⅰ、反应Ⅱ，保持温度不变，正丁烷、丙烯的浓度随时间的变化关系如图2所示。

① $\text{[math]}$ 内 $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ 。

②反应达到平衡后的压强是反应前的倍。

③反应Ⅱ的平衡常数 $\text{[math]}$ 。

④ $\text{[math]}$ 时，降低温度，丙烯的浓度随时间的变化对应图2中的曲线(填标号)。

(3) 采用选择性膜技术(可选择性地让某气体通过而脱离体系)可提高 $\text{[math]}$ 的选择性，其原因是。

(4) 工业生产时向正丁烷中混入一定量的水蒸气以减少积碳对催化剂活性的影响，结合化学方程式说明这样操作的原因。

【考点】

化学平衡常数;

【答案】

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综合题困难

1. 以CO₂、CO、H₂为原料可合成C₂H₅OH、HCHO等有机物，其中以CO₂、H₂为原料制备乙醇时涉及如下两个反应：

① $\text{[math]}$ ΔH₁=-172.6kJ·mol^–1

② $\text{[math]}$ ΔH₂=+41.2kJ·mol^–1

(1) 反应 $\text{[math]}$ 的ΔH=，该反应在(填“高温”或“低温”)下自发。

(2) 在适当条件下，将一定量的CO₂、H₂混合于恒容密闭容器中，二者可发生反应：

I． $\text{[math]}$ ΔH₃=-135kJ·mol^–1

Ⅱ． $\text{[math]}$ ΔH₂=+41.2kJ·mol^–1(副反应)

测得不同温度下平衡时HCHO、CO的选择性[HCHO的选择性 $\text{[math]}$ ×100%、CO的选择性 $\text{[math]}$ ×100%]及CO₂的转化率随温度的变化如图所示。

①图中三条曲线，表示平衡时CO选择性的曲线是(填字母)。

②下列一定能说明反应I(不考虑反应Ⅱ)达到平衡状态的是(填字母)。

a．气体密度保持不变　　b．K不变　　c．混合气体总物质的量保持不变

(3) 一定温度下，将5molCO₂和amolH₂通入密闭容器中，在Cu/ZrO催化剂作用下发生反应： $\text{[math]}$ ，维持容器压强为6MPa，10min时反应达到平衡状态，测得平衡时容器的容积为开始时的60%。

①当a15(填“>”或“<”)时，CO₂的平衡转化率小于H₂的平衡转化率。

②当a=15时，该反应0～10min内，υ(H₂)=MPa·min^–1 ，压强平衡常数K_p=MPa^–4(保留一位小数)。

综合题普通

2. 某温度下，利用CO₂生产甲醇主要涉及以下反应。

反应Ⅰ．CO₂(g)+3H₂(g) $\text{[math]}$ CH₃OH(g)+H₂O(g) ΔH₁=-49.4kJ/mol K₁

反应Ⅱ．CO₂(g)+H₂(g) $\text{[math]}$ CO(g)+H₂O(g)ΔH₂ K₂

反应Ⅲ．CO(g)+2H₂(g) $\text{[math]}$ CH₃OH(g)ΔH₃= ^_90.6 kJ/mol

回答下列问题：

(1) ΔH₂=kJ/mol。

(2) 恒压条件下发生反应Ⅰ和Ⅱ，平衡后再充入惰性气体，反应Ⅱ平衡将移动(填“正向”“逆向”或“不”)。

(3) 将1 mol CO₂(g)和3 mol H₂(g)充入密闭容器发生反应Ⅰ和Ⅱ，并达到平衡状态。相同温度下，在不同压强下测得CO₂的平衡转化率、CH₃OH(g)的选择性[ $\text{[math]}$ ] 和CO的选择性[ $\text{[math]}$ ] 随压强变化曲线如图所示，图中表示CO₂的平衡转化率的曲线是(填“m”“n”或“p”)，A点时H₂的转化率为。

(4) 在恒压密闭容器中充入6 mol H₂(g)、2 mol CO₂(g)，分别在1 MPa和10 MPa下反应，分析温度对平衡体系中CO₂、CO、CH₃OH的影响，设这三种气体物质的量分数之和为1，CO和CH₃OH的物质的量分数与温度变化关系如图：

①表示10 MPa时CH₃OH的物质的量分数随温度变化关系的曲线是(填标号)。

②200~400℃b、d曲线基本重合的原因是。

③590℃时，反应Ⅱ的K_p为。

综合题困难

3. 处理、回收利用CO是环境科学研究的热点课题。回答下列问题：

(1) CO用于处理大气污染物N₂O的反应为CO(g) + N₂O(g) $\text{[math]}$ CO₂(g) +N₂(g)。在Zn*作用下该反应的具体过程如图1所示，反应过程中能量变化情况如图2所示。

总反应： CO(g) + N₂O(g) $\text{[math]}$ CO₂(g) + N₂(g) ∆H= kJ·mol^-1；该总反应的决速步是反应 (填 “①"或“②”)，该判断的理由是．

(2) 已知： CO(g) + N₂O(g) $\text{[math]}$ CO₂(g) + N₂(g)的速率方程为v=k·c(N₂O)， k为速率常数，只与温度有关。为提高反应速率，可采取的措施是_____ (填字母序号)。 A. 升温 B. 恒容时，再充入CO C. 恒压时，再充入N₂O D. 恒压时，再充入N₂

(3) 在总压为100kPa的恒容密闭容器中，充入一定量的CO(g)和N₂O(g)发生上述反应，在不同条件下达到平衡时，在T₁K时N₂O的转化率与 $\text{[math]}$ 的变化曲线以及在 $\text{[math]}$ 时N₂O的转化率与 $\text{[math]}$ 的变化曲线如图3所示：

①表示N₂O的转化率随 $\text{[math]}$ 的变化曲线为曲线(填“I”或“II”)；

②T₁T₂ (填“>”或“<")，该判断的理由是

③已知：该反应的标准平衡常数 $\text{[math]}$ ，其中 $\text{[math]}$ 为标准压强 (100kPa)，p(CO₂)、p(N₂)、 p(N₂O)和p(CO)为各组分的平衡分压，则T₄时，该反应的标准平衡常数 $\text{[math]}$ = ( 计算结果保留两位有效数字，p_分=p_总 ×物质的量分数)。

综合题普通

催化剂	t=350℃		t=400℃
催化剂	$\text{[math]}$	$\text{[math]}$	$\text{[math]}$	$\text{[math]}$
催化剂Ⅰ	10.8	12722	345.2	42780
催化剂Ⅱ	9.2	10775	34	38932