煤制油是一项新兴的、科技含量较高的煤化工技术,发展煤制油对我国而言具有重大意义。下列是煤通过间接液化技术制汽油和丙烯的主要工艺流程图。
已知甲醇制烃的反应原理为:
(1)为了提高原料利用率,上述工艺中应控制合成气中V(CO):V(H2)= ________。
(2)由二甲醚在催化剂作用下转化为丙烯的化学方程式为:________。
(3)每生产1t甲醇约耗煤1.5t,每生产1 t汽油约需耗2.4t甲醇,2015年我国煤制油将达到1000万吨,则2015年当年需消耗原煤约________万吨。
(4)采用MTG法生产的汽油中,均四甲苯(1,2,4,5-四甲基苯)质量分数约占4 %~7%,均四甲苯的结构简式为:________。
(5)采用DMTO技术,若获得乙烯和丙烯及丁烯3种烃,生成丁烯的选择性(转化丁烯的甲醇的物质的量与甲醇总物质的量之比)为20%,其余生成乙烯和丙烯,设丙烯的选择性为x,今有403.2L(标准状况)合成气,且完全转化为甲醇,甲醇转化为烯烃的总转化率亦为100%,请作出丙烯的物质的量随x变化的曲线。
高三化学填空题极难题
煤制油是一项新兴的、科技含量较高的煤化工技术,发展煤制油对我国而言具有重大意义。下列是煤通过间接液化技术制汽油和丙烯的主要工艺流程图。
已知甲醇制烃的反应原理为:
(1)为了提高原料利用率,上述工艺中应控制合成气中V(CO):V(H2)= ________。
(2)由二甲醚在催化剂作用下转化为丙烯的化学方程式为:________。
(3)每生产1t甲醇约耗煤1.5t,每生产1 t汽油约需耗2.4t甲醇,2015年我国煤制油将达到1000万吨,则2015年当年需消耗原煤约________万吨。
(4)采用MTG法生产的汽油中,均四甲苯(1,2,4,5-四甲基苯)质量分数约占4 %~7%,均四甲苯的结构简式为:________。
(5)采用DMTO技术,若获得乙烯和丙烯及丁烯3种烃,生成丁烯的选择性(转化丁烯的甲醇的物质的量与甲醇总物质的量之比)为20%,其余生成乙烯和丙烯,设丙烯的选择性为x,今有403.2L(标准状况)合成气,且完全转化为甲醇,甲醇转化为烯烃的总转化率亦为100%,请作出丙烯的物质的量随x变化的曲线。
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【化学—选修2化学与技术】(15分)煤是重要的能源,也是生产化工产品的重要原料。
(1)煤的转化技术包括煤的气化技术和液化技术。煤的液化技术又分为 和 。
(2)煤制油是一项新兴的、科技含量较高的煤化工技术,发展煤制油对我国而言具有重大意义。下列是煤制汽油和丙烯的主要工艺流程图。
①为了提高原料利用率,上述工艺中应控制合成气中V(CO):V(H2)= 。
②采用MTG法生产的汽油中,均四甲苯(1,2,4,5-四甲基苯)质量分数约占4 %~7%,均四甲苯的结构简式为: 。
(3)利用煤的气化技术可获得合成氨的原料氢气,在制取原料气的过程中常混有一些杂质,其中某些杂质会使催化剂 ,必须除去。
①写出除去H2S杂质的反应方程式 。
②欲除去原料气中的CO,可通过如下反应来实现:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g),已知850℃时该反应的平衡常数K=1,若要使CO的转化率超过90%,则起始物中c(H2O)∶c(CO)不低于 。
(4)煤做能源在燃烧前需对煤进行脱硫处理。煤的某种脱硫技术的原理如下图所示:
这种脱硫技术称为微生物脱硫技术。该技术的第一步反应的离子方程式为 ,第二步反应的离子方程式为 。
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“富煤、贫油、少气”是我国能源发展面临的现状。随着能源的日益紧张,发展“煤化工”对我国能源结构的调整具有重要意义。下图是煤化工产业链之一。
“洁净煤技术”研究在世界上相当普遍,科研人员通过向地下煤层气化炉中交替鼓入空气和水蒸气的方法,连续产出热值很高的煤炭合成气,其主要成分是CO和H2。CO和H2可作为能源和化工原料,应用十分广泛。
(1)已知:C(s)+O2(g)=CO2(g) ΔH1=-393.5 kJ·mol–1 ①
C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) ΔH2=+131.3 kJ·mol–1 ②
则反应CO(g)+H2(g) +O2(g)= H2O(g)+CO2(g),ΔH= _________kJ·mol–1。在标准状况下,33.6 L的煤炭合成气(设全部为CO和H2)与氧气完全反应生成CO2和H2O,反应中转移______mole-。
(2)在一恒容的密闭容器中,由CO和H2合成甲醇:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)
①下列情形能说明上述反应已达到平衡状态的是_______
a.体系压强保持不变
b.密闭容器中CO、H2、CH3OH(g)3种气体共存
c.CH3OH与H2物质的量之比为1:2
d.每消耗1 mol CO的同时生成2molH2
②CO的平衡转化率(α)与温度、压强的关系如图所示。
A、B两点的平衡常数_____(填“前者”、“后者”或“一样”)大; 达到A、C两点的平衡状态所需的时间tA________tC(填“大于”、“小于”或“等于”)。
在不改变反应物用量的情况下,为提高CO的转化率可采取的措施是_____________(答出两点即可)。
(3)工作温度650℃的熔融盐燃料电池,是用煤炭气(CO、H2)作负极燃气,空气与CO2的混合气体为正极燃气,用一定比例的Li2CO3和Na2CO3低熔点混合物做电解质,以金属镍(燃料极)为催化剂制成的。负极的电极反应式为:CO + H2-4e- + 2CO32-= 3CO2+H2O;则该电池的正极反应式为____________。
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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全战略的重要措施。间接法是先由煤制合成气(组成为H2、CO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:
①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H1=-90.1 kJ•mol-1
②CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g) +H2O(g) △H2=-49.0kJ•mol-1
水煤气变换反应:
③CO(g)+ H2O(g)CO2(g)+ H2(g) △H3=-41.1kJ•mol-1
二甲醚合成反应:
④2CH3OH(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”或“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 |
①387℃时,反应④的化学平衡常数K=__________。
②达到平衡时,容器b中CH3OH的转化率为________。
③达到平衡时,容器c中CH3OCH3的体积分数为________。
(3)由H2和CO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-Al和Al2O3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℃,0.1~0.5MPa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_________。
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新旧动能转换工程之一是新能源新材料的挖掘和应用。乙二醇是重要的化工原料, 煤基合成气(CO、 H2)间接制乙二醇具有转化率高、回收率高等优点,是我国一项拥有自主知识产权的世界首创技术,制备过程如下:
反应 I: 4NO(g)+4CH3OH(g)+O2(g) 4CH3ONO(g)+2H2O(g) △H1 = a kJ·mol-1
反应 II: 2CO(g)+2CH3ONO(g) CH3OOCCOOCH3(l) + 2NO(g) △H2= b kJ·mol-1
反应 III: CH3OOCCOOCH3(1)+4H2(g) HOCH2CH2OH(1)+2CH3OH(g) △H3= c kJ·mol-1
(1)请写出煤基合成气[n(CO): n(H2)= 1:2]与氧气间接合成乙二醇的总热化学方程式________,已知该反应在较低温条件下能自发进行,则该反应的△H ____0(填“>”“<”或“=”)。
(2)一定温度下,在 2 L 的密闭容器中投入物质的量均为 0.4mol的CO 和 CH3ONO发生反应 II,10min 达到平衡时CO的体积分数与NO的体积分数相等。
①下列选项能判断反应已达到化学平衡状态的是________。
a. CO 的质量不再变化 b. 混合气体的密度不再变化
c.单位时间内生成 CO 和 NO 的物质的量相等 d. CO 和 CH3ONO 的浓度比不再变化
②10min 内该反应的速率 ν(NO)=____________;该温度下化学平衡常数 K=_________。若此时向容器中再通入0.4 mol NO,一段时间后,达到新平衡时 NO的体积分数与原平衡时相比______(填“增大”“相等”“减小”或“不能确定”)。
③若该反应△H<0,在恒容的密闭容器中,反应达平衡后,改变某一条件,下列示意图正确的是____________(填字母)。
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新旧动能转换工程之一是新能源新材料的挖掘和应用。乙二醇是重要的化工原料, 煤基合成气(CO、 H2)间接制乙二醇具有转化率高、回收率高等优点,是我国一项拥有自主知识产权的世界首创技术,制备过程如下:
反应 I: 4NO(g)+4CH3OH(g)+O2(g) 4CH3ONO(g)+2H2O(g) △H1 = a kJ·mol-1
反应 II: 2CO(g)+2CH3ONO(g) CH3OOCCOOCH3(l) + 2NO(g) △H2= b kJ·mol-1
反应 III: CH3OOCCOOCH3(1)+4H2(g) HOCH2CH2OH(1)+2CH3OH(g) △H3= c kJ·mol-1
(1)请写出煤基合成气[n(CO): n(H2)= 1:2]与氧气间接合成乙二醇的总热化学方程式________,已知该反应在较低温条件下能自发进行,则该反应的△H ____0(填“>”“<”或“=”)。
(2)一定温度下,在 2 L 的密闭容器中投入物质的量均为 0.4mol的CO 和 CH3ONO发生反应 II,10min 达到平衡时CO的体积分数与NO的体积分数相等。
①下列选项能判断反应已达到化学平衡状态的是________。
a. CO 的质量不再变化 b. 混合气体的密度不再变化
c.单位时间内生成 CO 和 NO 的物质的量相等 d. CO 和 CH3ONO 的浓度比不再变化
②10min 内该反应的速率 ν(NO)=____________;该温度下化学平衡常数 K=_________。若此时向容器中再通入0.4 mol NO,一段时间后,达到新平衡时 NO的体积分数与原平衡时相比______(填“增大”“相等”“减小”或“不能确定”)。
③若该反应△H<0,在恒容的密闭容器中,反应达平衡后,改变某一条件,下列示意图正确的是____________(填字母)。
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丙烯是重要的有机化工原料,丙烷脱氢制丙烯具有显著的经济价值和社会意义。回答下列问题:
(1)已知:I.2C3H8(g)+O2(g)=2C3H6(g)+2H2O(g) ∆H=-238kJ·mol-1
II.2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) ∆H=-484kJ·mol-1
则丙烷脱氢制丙烯反应C3H8(g)C3H6(g)+H2(g)的∆H为__。
(2)一定温度下,向恒容密闭容器中充入1molC3H8,开始压强为pkPa,发生丙烷脱氢制丙烯反应。
①下列情况能说明丙烷脱氢制丙烯反应达到平衡状态的是__(填字母)。
A. 该反应的焓变(∆H)保持不变
B. 气体平均摩尔质量保持不变
C. 气体密度保持不变
D. C3H8分解速率与C3H6消耗速率相等
②丙烷脱氢制丙烯反应过程中,C3H8的气体体积分数与反应时间的关系如图a所示。此温度下该反应的平衡常数Kp=__kPa(用含字母p的代数式表示,Kp是用反应体系中气体物质的分压表示的平衡常数,平衡分压=总压×物质的量分数)。
③已知上述反应中,v正=k正·p(C3H8),v逆=k逆·p(C3H6)•p(H2),其中k正、k逆为速率常数,只与温度有关,则图a中m点处=_。
(3)保持相同反应时间,在不同温度下,丙烯产率如图b所示,丙烯产率在425℃之前随温度升高而增大的原因可能是__、__;425℃之后,丙烯产率快速降低的主要原因可能是__。
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丙烯是重要的有机化工原料,丙烷脱氢制丙烯具有显著的经济价值和社会意义。回答下列问题。
(1)已知:I.2C3H8(g)+O2(g)=2C3H6(g)+2H2O(g) ΔH=-238kJ·mol-1
II.2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) ΔH=-484kJ·mol-1
则丙烷脱氢制丙烯反应C3H8(g)C3H6(g)+H2(g)的ΔH为___。
(2)如图为丙烷直接脱氢法中丙烷和丙烯的平衡体积分数与温度、压强的关系(图中的压强分别为104Pa和105Pa)。
104Pa时,图中表示丙烯的曲线是__(填“ⅰ”、“ⅱ”、“ⅲ”或“ⅳ”)。
(3)一定温度下,向恒容密闭容器中充入1molC3H8,开始压强为pkPa,发生丙烷脱氢制丙烯反应。
①下列情况能说明丙烷脱氢制丙烯反应达到平衡状态的是__(填字母)。
A.该反应的焓变(ΔH)保持不变
B.气体平均摩尔质量保持不变
C.气体密度保持不变
D.C3H8分解速率与C3H6消耗速率相等
②欲使丙烯的平衡产率提高,应采取的措施是__(填标号)。
A.升高温度 B.降低温度 C.增大压强 D.降低压强
③为提供反应所需热量,恒压时若向原料气中掺入水蒸气,则丙烷脱氢反应的K__(填“增大”、“减小”或“不变”)
(4)丙烷脱氢制丙烯反应过程中,C3H8的气体体积分数与反应时间的关系如图a所示。此温度下该反应的平衡常数Kp=__kPa(用含字母p的代数式表示,Kp是用反应体系中气体物质的分压表示的平衡常数,平衡分压=总压×物质的量分数)。
(5)利用CO2的弱氧化性,开发了丙烷氧化脱氢制丙烯的新工艺。该工艺可采用铬的氧化物为催化剂,其反应机理如图。
图中催化剂为__。该工艺可以有效消除催化剂表面的积炭,维持催化剂活性,原因是__。
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化学与生产、生活、科技等密切相关,下列说法正确的是( )
A. 用石油制取乙烯、丙烯等化工原料不涉及化学变化
B. 高纯硅具有良好的半导体性能,可制光导纤维
C. 富脂食品包装中常放入活性铁粉袋,以防止油脂氧化变质
D. 用高锰酸钾溶液、酒精、双氧水的强氧化性进行杀菌消毒
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