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发展以煤制乙烯、丙烯、丁烯等低碳烯烃,部分替代石油化工产品的道路是我国保障能源安...

发展以煤制乙烯、丙烯、丁烯等低碳烯烃,部分替代石油化工产品的道路是我国保障能源安全战略的重要措施。间接法是先由煤制合成气(组成为H2CO和少最的CO2)制备甲醇或二甲醚(CH3OCH3),其主要过程包括以下四个反应:

甲醇合成反应:

CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)   H1=-90.1 kJ•mol-1

CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g) +H2O(g) H2=-49.0kJ•mol-1

水煤气变换反应:

CO(g)+ H2O(g)CO2(g)+ H2(g)     H3=-41.1kJ•mol-1

二甲醚合成反应:

2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) H4=-24.5kJ•mol-1

回答下列问题:

(1)分析上述反应(均可逆),发生反应④对于CO转化率的影响是_______(填增大减小无影响,其理由是__________

(2)在二个体积均为1.0L的恒容密闭容器中发生上述二甲醚合成反应④。实验数据见下表:

容器编号

温度(℃)

起始物质的量(mol)

平衡物质的量(mol)

CH3OH(g)

CH3OCH3(g)

H2O(g)

CH3OCH3(g)

H2O(g)

a

387

0.20

0

0

0.080

0.080

b

387

0.40

0

0

 

 

c

207

0.20

0

0

0.090

0.090

 

387℃时,反应的化学平衡常数K=__________

达到平衡时,容器bCH3OH的转化率为________

达到平衡时,容器cCH3OCH3的体积分数为________

(3)H2CO可直接制备二甲醚:2CO2(g)4H2(g)=CH3OCH(g)H2O(g)    ΔH__________;为提高反应物的转化率,根据化学反应原理,理论上应采取的措施是________(填序号)

A.高温高压    B.低温低压   C.高温低压   D.低温高压

(4)有研究者用Cu-Zn-AlAl2O3作催化剂,压强为5.0 MPa的条件下,由合成气[=2]直接制备二甲醚,结果如下图所示.已知:选择性=×100%。则有图可知二甲醚的选择性达最大值时对应的温度是____________

(5)2016年,我国的两个科研团队在合成气直接制备低碳烯烃(nCO+2nH2CnH2n+nH2O)的研究中连续取得重大突破,论文分别发表在《德国应用化学》(2016.03.16)、《Nature》(2016.10.06)杂志上。=2时,前者在400℃1MPa的条件下,CO转化率为11%,低碳烯烃选择性达74%;后者在250℃0.10.5MPa的条件下,CO转化率为31.8%,低碳烯烃选择性为60.8%,则其中低碳烯烃的产率较大者的值为_________

 

增大减小甲醇的量,平衡正向移动480%45%﹣204.7kJ•mol﹣1D290℃19.3% 【解析】 (1)二甲醚合成反应④对于CO转化率的影响,消耗甲醇,促进甲醇合成反应①CO(g)+2H2(g)═CH3OH(g)平衡右移,CO转化率增大; (2)① 2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) 起始浓度(mol/L) 0.20 0 0 起始浓度(mol/L) 0.16 0.08 0.08 起始浓度(mol/L) 0.04 0.08 0.08 387℃时,反应④的化学平衡常数K==4; ②根据①的分析可知容器a中甲醇的转化率为×100%=80%,因反应体系物质的量变化为0,容器b中在恒温恒容发生的反应转化率与容器a中相同仍为80%; ③ 2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) 起始浓度(mol) 0.20 0 0 起始浓度(mol) 0.18 0.09 0.09 起始浓度(mol) 0.02 0.09 0.09 达到平衡时,容器c中CH3OCH3的体积分数为×100%=45%; (3)①CO(g)+2H2(g)═CH3OH(g)△H1=-90.1kJ•mol-1 ④2CH3OH(g)═CH3OCH3(g)+H2O(g)△H4=-24.5kJ•mol-1 依据盖斯定律①×2+④得到:2CO(g)+4H2(g)=CH3OCH3+H2O(g)△H=-204.7kJ•mol-1;根据平衡移动原理,增大压强或降低温度可使平衡正向移动,即采取措施低温高压提高反应物的转化率,答案为D; (4)有图示可知当温度达到290℃时二甲醚的选择性达最大值; (5)根据选择性=×100%可知,当CO转化率为11%,低碳烯烃选择性达74%时低碳烯烃的产率为74%×11%=8.14%,当CO转化率为31.8%,低碳烯烃选择性达60.8%时低碳烯烃的产率为31.8%×60.8%=19.3%。  
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某工厂拟综合处理含NH4-废水和工业废气(主要含N2、CO2、.SO2、NO、CO,不考虑其它成分),设计了如下流程:

已知:NO+NO2+2NaOH=2NaNO2+H2O

回答下列问题:

(1)固体1的主要成分Ca(OH)2、CaCO3______

(2)气体X与气体1反应时起到的作用是______(填“氧化剂”、“还原剂”或“即不是氧化剂也不是还原剂”),捕获剂所捕获的气体主要是______ (填化学式)。

(3) NaOH溶液吸收等物质的量的NO、NO2气体过程中,当生成1molNaNO2时转移电子数为_______NA

(4)用NaNO2溶液处理含NH4-废水时,发生反应的离子方程式为__________;含NH4-废水也可用沉淀法处理:Mg2++NH4- +PO43-=== MgNH4PO4↓, 已知25℃时,Ksp(MgNH4PO4)=2.5×10-13 。向废水中按比例投入镁盐和磷酸盐,欲使沉淀后废水中残留的铵态氮达到一级排放标准(≤1.0mg·L-1,即≤7.14×10-5 mol·L-1),且c(PO43-)=1.0×10-5 mol·L-1,则应使沉淀后的废水中c( Mg2+) ≥________

(5)电化学氧化法是处理氨氮废水的一种新工艺。间接电氧化的原理是:向废水中加入一定量的氯离子,使其电解时在阳极放电生成氯单质,利用氯单质与水反应生成的次氯酸将NH4+氧化 为氮气。最后一步反应的离子方程式为__________________________

(6) 已知25℃时,HNO2的电离常数Ks =5.1×10-4。实验室常用NaOH溶液吸收NO2尾气,反应为2NO2+ 2NaOH==NaNO3+ NaNO2+H2O。若用1L 0.4 mol·L-1Na(OH)溶液充分吸收0.4mol NO2气体,则所得溶液显___(填“酸性”、“碱性”或“中性”),原因是___________(用离子方程式表示);忽略溶液体积变化,近似计算所得溶液的pH≈____

 

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某学习小组利用反应:5H2C2O4+2KMnO4+3H2SO4=2MnSO4+K2SO4+10CO2↑+8H2O H2C2O4来探究“外界条件对化学反应速率的影响”。实验时,先分别量取KMnO4酸性溶液、H2C2O4溶液,然后倒入大试管中迅速振荡混合均匀,开始计时,通过测定褪色所需时间来判断反应的快慢。

(1)该反应是溶液之间发生的不可逆反应,改变压强对其反应速率的影响是______(填序号)。

A.可能明显加快  B.可能明显减慢  C.几乎无影响,可以忽略

(2)甲同学设计了如下实验

实验编号

 

H2C2O4溶液

KMnO4溶液

温度/

 

浓度(mol/L

体积(mL

浓度(mol/L

体积(mL

a

0.10

2.0

0.010

4.0

25

B

0.20

2.0

0.010

4.0

25

c

0.20

2.0

0.010

4.0

50

 

①探究温度对化学反应速率影响的组合实验编号是__________,可探究温度对化学反应速率影响的实验编号是__________

②实验a测得混合后溶液褪色的时间为40%,忽略混合前后 体积的微小变化,则这段时间内的平均反应速率v(KMnO4)=______

3)在其它条件相同的情况下,乙同学用不同浓度的KMnO4酸性溶液实验,测得实验数据如下表所示:

实验编号

 

温度℃

H2C2O4溶液

KMnO4酸性溶液

褪色的时间(min)

浓度(mol/L)

体积(mL)

浓度(mol/L)

体积(mL)

 

1

25

0.10

4

0.2

8

t1

2

25

0.010

4

0.2

8

t2(t2<t3)

 

依据表中数据,_____(不能”)得出溶液褪色所需时间越短,反应速率越快的结论,理由是__________________

(4)在实验中,草酸(H2C2O4)溶液与KMnO4酸性溶液反应时,褪色总是先慢后快。

①同学们据此提出以下假设:

假设1:该反应为放热反应

假设2:反应生成的Mn2+对该反应有催化作用

假设3:反应生成的K+SO42-该反应有催化作用

丙同学认为假设3不合理,其理由是__________

②丁同学用如下实验证明假设2成立:在AB两支试管中分别加入4mL0.2mol·L-1草酸溶液,再在A试管中加入lmL0.1mol·L-1MnSO4溶液、B试管中加入1mL蒸馏水,然后在两支试管中同时分别加入1mLO.1mol·L-1KMnO4酸性溶液,A试管溶液褪色的时间明显早于B试管。在B试管中加入1mL蒸馏水的目的是:__

③同学们认为不宜用MnCl2溶液代替MnSO4溶液对该反应进行催化探究,其原因是(用离子方程式表示)_______________

 

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某化工厂为了综合利用生产过程中生成的CaSO4,与相邻的合成氨厂联合设计了以下制备(NH42SO4的工艺流程:

下列有关说法错误的是

A. 将滤液蒸干,即可提取产品(NH42SO4

B. 通入足量氨气使悬浊液呈碱性有利于CO2的吸收

C. 副产品是生石灰,XCO2,其中CO2可循环利用

D. 沉淀池中发生的主要反应为CaSO4+CO2+2NH3+H2OCaCO3↓+NH42SO4

 

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某种熔融碳酸盐燃料电池以Li2CO3K2CO3为电解质、以CH4为燃料时,该电池工作原理如图所示。下列有关说法正确的是

A. a为空气,bCH4

B. CO32-向正极移动,K+Li+向负极移动

C. 负极电极反应式为CH4-8e-+4CO32-=5CO2+2H2O

D. 正极电极反应式为O24e-+2H2O=4OH

 

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元素周期表和元素周期律可以指导人们进行规律性的推测和判断。下列说法错误的是

A. XY2的核外电子层结构相同,则原子序数:X>Y

B. 由水溶液的酸性:HCl>H2S,可推断出元素的非金属性:Cl>S

C. 在元素周期表中金属与非金属的交界处,可以找到半导体材料,如硅、锗等

D. 已知CsBa分别位于第六周期IAIIA族,则碱性:CsOH>Ba(OH)2

 

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