中科院大连化学物理研究所的一项最新成果实现了甲烷高效生产乙烯,如图所示,甲烷在催化作用下脱氢,在不同温度下分别形成、、等自由基,在气相中经自由基:CH2偶联反应生成乙烯(该反应过程可逆)
(1)已知相关物质的燃烧热如表所示,写出甲烷制备乙烯的热化学方程式__________。
(2)现代石油化工采用Ag作催化剂,可实现乙烯与氧气制备X(分子式为C2H4O,不含双键)该反应符合最理想的原子经济,则反应产物是__________(填结构简式)
(3)在400℃时,向初始体积为1L的恒压密闭反应器中充入1molCH4,发生(1)中反应,测得平衡混合气体中C2H4的体积分数为25.0%。则:
①在该温度下,其平衡常数KC=__________。
②若向该反应器中通入高温水蒸气(不参加反应,高于400℃),则C2H4的产率__________。(填“增大”“减小”“不变”或“无法确定”),理由是__________。
③若反应器的体积固定,不同压强下可得变化如图所示,则压强p1与p2的大小关系是__________。
(4)实际制备C2H4时,通常存在副反应2CH4(g)C2H6(g)+H2(g)。反应器和CH4起始量不变,不同温度下C2H6和C2H4的体积分数与温度的关系曲线如图所示。在温度高于600℃时,有可能得到一种较多的双碳有机副产物的名称是__________。
(5)C2H4、C2H6常常作为燃料电池的原料,请写出C2H4在NaOH溶液中做燃料电池的负极的电极反应方程式__________。
高二化学综合题中等难度题
中科院大连化学物理研究所的一项最新成果实现了甲烷高效生产乙烯,如图所示,甲烷在催化作用下脱氢,在不同温度下分别形成、、等自由基,在气相中经自由基:CH2偶联反应生成乙烯(该反应过程可逆)
(1)已知相关物质的燃烧热如表所示,写出甲烷制备乙烯的热化学方程式__________。
(2)现代石油化工采用Ag作催化剂,可实现乙烯与氧气制备X(分子式为C2H4O,不含双键)该反应符合最理想的原子经济,则反应产物是__________(填结构简式)
(3)在400℃时,向初始体积为1L的恒压密闭反应器中充入1molCH4,发生(1)中反应,测得平衡混合气体中C2H4的体积分数为25.0%。则:
①在该温度下,其平衡常数KC=__________。
②若向该反应器中通入高温水蒸气(不参加反应,高于400℃),则C2H4的产率__________。(填“增大”“减小”“不变”或“无法确定”),理由是__________。
③若反应器的体积固定,不同压强下可得变化如图所示,则压强p1与p2的大小关系是__________。
(4)实际制备C2H4时,通常存在副反应2CH4(g)C2H6(g)+H2(g)。反应器和CH4起始量不变,不同温度下C2H6和C2H4的体积分数与温度的关系曲线如图所示。在温度高于600℃时,有可能得到一种较多的双碳有机副产物的名称是__________。
(5)C2H4、C2H6常常作为燃料电池的原料,请写出C2H4在NaOH溶液中做燃料电池的负极的电极反应方程式__________。
高二化学综合题中等难度题查看答案及解析
2014年中科院大连化物所包信和团队研究甲烷高效转化获重大突破。催化原理如图所示,该研究彻底摒弃了高耗能的合成气制备过程,大大缩短了工艺路线,反应过程本身实现了二氧化碳的零排放,碳原子利用效率达到100%。关于该反应的下列说法错误的是
A. 催化剂降低了反应的活化能 B. CH4→CH3+H的过程需要吸收能量
C. 该反应符合绿色化学原理 D. CH3 是稳定结构
高二化学单选题简单题查看答案及解析
2014年中国十大科技成果之一是:我国科学家成功实现甲烷在催化剂及无氧条件下,一步高效生产乙烯、芳烃和氢气等化学品,为天然气化工开发了一条革命性技术。以甲烷为原料合成部分化工产品流程如图(部分反应条件已略去):
(1)乙酸分子中所含官能团名称为_____。
(2)聚苯乙烯的结构简式为_____。
(3)图中9步反应中只有两步属于取代反应,它们是_____(填序号)。
(4)写出下列反应的化学方程式(注明反应条件):
反应⑤为_____;
反应⑥为______。
高二化学工业流程简单题查看答案及解析
2017年5月4日《光明日报》报道称,中科院大连化学物理研究所的研究团队利用多功能催化剂首次实现了CO2直接加氢制汽油的过程。其转化过程如图所示。
下列说法正确的是( )
A. 反应①的产物中含有水
B. 反应②为化合反应
C. 所制得汽油的主要成分是烃和烃的含氧衍生物
D. 这种人造汽油用作汽车的燃料时,汽车尾气不含氮氧化物
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化学变化中的能量转换对于生产具有重大意义和研究价值。回答下列问题:
(l)中科院大连化学物理研究所的科研人员在新型纳米催化剂Na-Fe3O4和HMCM-22的表面将CO2转化为烷烃,其过程如图。
①过程Ⅰ能量__(填“释放”或“吸收”。
②已知:CO2(g)+H2(g)═CO(g)+H2O(g) △H═+41kJ•mol-1:
2CO2(g)+6H2(g)═C2H4(g)+4H2O(g) △H═-128kJ•mol-1:
3CO2(g)+9H2(g)═C3H6(g)+6H2O(g) △H═+157.5kJ•mol-l
C2H4(g)+C3H6(g)+H2(g)═C5H12(异戊烷,g) △H=+267.6kJ•mol-1。
则5CO(g)+11H2(g)═C5H12(异戊烷,g)+5H2O(g)△H=__kJ•mol-1。
(2)一种铜版画雕刻用的酸性蚀刻液的有效成份是CuCl2,蚀刻反应为:Cu2++Cu+6Cl-═2CuCl32-。工业上用电解法将CuCl32-转化为Cu2+,使蚀刻液再生并回收金属Cu。装置如图(电极不参与反应)。
①再生的CuCl2蚀刻液为流出液__(填“a”或“b”)。
②写出N极的电极反应:__。
③装置中使用___离子交换膜(填“阳”或“阴”)。若电解池工作前,阴极室和阳极室中电解液质量相等,当转移0.1mol电子,流出液未流出时,两侧电解液的质量差为__g。
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苯乙烯是生产塑料和合成橡胶的重要基本有机原料,乙苯催化脱氢法是目前国内外生产苯乙烯的主要方法,其化学方程式为:
(1)若升高温度,该反应的平衡常数变大,则ΔH_______0(填“大于”或“小于”)。该反应在_______________条件下能自发进行。
(2)维持体系总压强ρ恒定,在温度T时,物质的量为2mol、体积为1L的乙苯蒸汽发生催化脱氢反应。已知乙苯的平衡转化率为80%,则在该温度下反应的平衡常数K=_____。
(3)在体积为2L的恒温密闭容器中通入2mol乙苯蒸汽,2分钟后达到平衡,测得氢气的浓度是0.5mol/L,则乙苯蒸汽的反应速率为_________________;维持温度和容器体积不变,向上述平衡中再通入1mol氢气和1mol乙苯蒸汽,则v正_______v逆(填“大于”、“小于”或“等于”)
高二化学填空题困难题查看答案及解析
苯乙烯是生产塑料和合成橡胶的重要基本有机原料,乙苯催化脱氢法是目前国内外生产苯乙烯的主要方法,其化学方程式为:
(1)升高反应温度,其转化率________,反应速率________(填“增大”、“减小”或“不变”)。
(2)等温、等压下,通入惰性气体(如水蒸气)能提高反应的转化率,其原因是________。
(3)通入水蒸气可延续催化剂Fe2O3被还原而失活,其原因是________(用化学平衡原理解释)。
(4)一定条件下,在体积不变的密闭容器中,反应过程中各物质浓度随时间变化的关系如下图所示。在t1时刻加入H2,t2时刻再次达到平衡。回答下列问题:
①物质X为__________,判断理由是__________;
②t2时刻,苯乙烯的浓度为______mol•L-1;
③t1-t2时间段内,乙苯的反应速率为_______mol•L-1•min-1;
(5)温度T下,已知H2和苯乙烯的燃烧热△H分别为-290kJ•mol-1和-4400kJ•mol-1,则乙苯的燃烧热为△H_______kJ•mol-1。
高二化学填空题简单题查看答案及解析
(1)2017年中科院某研究团队通过设计一种新型Na-Fe3O4/HZSM-5多功能复合催化剂,成功实现了CO2直接加氢制取辛烷值汽油,该研究成果被评价为“CO2催化转化领域的突破性进展”。
已知:H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l) ΔH1 = -aKJ/mol
C8H18(1)+25/2O2(g)=8CO2(g)+9H2O(1) ΔH2= -bKJ/mol
试写出25℃、101kPa条件下,CO2与H2反应生成汽油(以C8H18表示)的热化学方程式_________________________________。
(2)利用CO2及H2为原料,在合适的催化剂(如Cu/ZnO催化剂)作用下,也可合成CH3OH,涉及的反应有:
甲:CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) △H= — 53.7kJ·mol-1 平衡常数K1
乙:CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) △H= + 41.2kJ·mol-1 平衡常数K2
①CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)的平衡常数K=______(用含K1、K2的表达式表示),该反应△H_____0(填“大于”或“小于”)。
②提高CO2转化为CH3OH平衡转化率的措施有___________(填写两项)。
③催化剂和反应体系的关系就像锁和钥匙的关系一样,具有高度的选择性。下列四组实验,控制CO2和H2初始投料比均为1:2.2,经过相同反应时间(t1min)。
温度(K) | 催化剂 | CO2转化率(%) | 甲醇选择性(%) | 综合选项 |
543 | Cu/ZnO纳米棒材料 | 12.3 | 42.3 | A |
543 | Cu/ZnO纳米片材料 | 11.9 | 72.7 | B |
553 | Cu/ZnO纳米棒材料 | 15.3 | 39.1 | C |
553 | Cu/ZnO纳米片材料 | 12.0 | 70.6 | D |
由表格中的数据可知,相同温度下不同的催化剂对CO2的转化为CH3OH的选择性有显著影响,根据上表所给数据结合反应原理,所得最优选项为___________(填字母符号)。
(3)以CO、H2为原料合成甲醇的反应为:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)。在体积均为2L的三个恒容密闭容器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中,分别都充入1molCO和2molH2,三个容器的反应温度分别为T1、T2、T3且恒定不变。下图为三个容器中的反应均进行到5min时H2的体积分数示意图,其中有一个容器反应一定达到平衡状态。
①0~5min时间内容器Ⅱ中用CH3OH表示的化学反应速率为_________________。
②三个容器中一定达到平衡状态的是容器________(填写容器代号)。
高二化学综合题中等难度题查看答案及解析
现有的氦合成气,液休燃料合成气制各工艺复杂且能耗高,中科院大连化学物理研究所提出在混合导体透氧膜反应器中一步同时制备复合成气和液体燃料合成气的概念,并取得研究进展。其工作原理如图所示,下列说法错误的是
A. O2和H2O均发生还原反应
B. 膜Ⅰ侧相当于原电池的正极
C. 膜Ⅱ侧发生的反应为: CH4+O2--2e-=2H2+CO
D. 膜Ⅱ侧消耗CH4与膜Ⅰ侧生成H的物质的量之比为12
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2018年5月9日科技网报道,最新一期国际学术期刊《自然·纳米技术》介绍了我国科学家曾杰团队的成果:在含铂高效催化剂作用下把二氧化碳高效转化清洁液态燃料——甲醇。
(1)甲醇燃烧时发生如下反应(a、b、c、d均大于0):
①2CH3OH(1)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(1) △H1=-akJ·mol-1
②2CH3OH(g)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(1) △H2=-bkJ·mol-1
③CH3OH(1)+3/2O2(g)=CO2(g)+2H2O(1) △H3=-ckJ·mol-1
④CH3OH(1)+O22(g)=CO (g)+2H2O(1) △H4=-dkJ·mol-1
由此知,a、b、c、d由小到大排序为_______。
(2)工业上,通常采用氢气还原CO2法制备甲醇CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(1) △H
已知几种化学键的键能数据如下:
共价键 | C=O | H-H | C-O | C-H | H-O |
键能/kJ·mol-1 | 803 | 436 | 326 | 414 | 464 |
根据键能数据估算上述反应中△H=____________kJ·mol-1。
(3)在2L恒容密闭容器中充入2 mol CO2和6.5mlH2,在一定温度下反应,测得混合气体中c(CH3OH)与时间的关系如图1所示。
①M点CO2的正反应速率___________N点CO2的逆反应速率(选填“大于”“小于”或“等于”)。
②0~10min内H2的平均反应速率v(H2)=___________mol·L-1·min-1。
③在该温度下,该反应平衡常数K为________。(结果保留两位小数并要求带单位)
(4)在密闭容器中充入一定量CO2和H2,在含铂催化剂作用下反应,测得单位时间内CO2的转化率与温度关系如图2所示。
①R点对应的CO2转化率最大,其原因是_________________。
②在Q点时CO2的转化率突变的原因可能是_________________。
(5)以石墨为电极,甲醇/空气碱性(KOH溶液为电解质溶液)燃料电池的能量转化效率高。当KOH恰好完全转化成KHCO3时停止放电,此时负极的电极反应式为_____________。
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