研究氧化制對資源綜合利用有重要意義。相關的主要化學反應有:Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 已知:時,相關物質的相對能量...
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問題詳情:
研究氧化制對資源綜合利用有重要意義。相關的主要化學反應有:
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
已知:時,相關物質的相對能量(如圖1)。
可根據相關物質的相對能量計算反應或變化的(隨溫度變化可忽略)。例如: 。
請回答:
(1)①根據相關物質的相對能量計算_____。
②下列描述正確的是_____
A 升高溫度反應Ⅰ的平衡常數增大
B 加壓有利於反應Ⅰ、Ⅱ的平衡正向移動
C 反應Ⅲ有助於乙*脫*,有利於乙烯生成
D 恆溫恆壓下通水蒸氣,反應Ⅳ的平衡逆向移動
③有研究表明,在催化劑存在下,反應Ⅱ分兩步進行,過程如下:,且第二步速率較慢(反應活化能為)。根據相關物質的相對能量,畫出反應Ⅱ分兩步進行的“能量-反應過程圖”,起點從的能量,開始(如圖2)_____
。
(2)①和按物質的量1:1投料,在和保持總壓恆定的條件下,研究催化劑X對“氧化制”的影響,所得實驗資料如下表:
催化劑 | 轉化率 | 轉化率 | 產率 |
催化劑X | 19.0 | 37.6 | 3.3 |
結合具體反應分析,在催化劑X作用下,氧化的主要產物是______,判斷依據是_______。
②採用選擇*膜技術(可選擇*地讓某氣體通過而離開體系)可提高的選擇*(生成的物質的量與消耗的物質的量之比)。在,乙*平衡轉化率為,保持溫度和其他實驗條件不變,採用選擇*膜技術,乙*轉化率可提高到。結合具體反應說明乙*轉化率增大的原因是_____。
【回答】
(1). 430 (2). AD (3). (4). (5). 的產率低,說明催化劑X有利於提高反應Ⅲ速率 (6). 選擇*膜吸附,促進反應Ⅱ平衡正向移動
【解析】
【分析】
根據題中資訊用相對能量求反應熱;根據平衡移動原理分析溫度、壓強和反應物的濃度對化學平衡的影響,並作出相關的判斷;根據相關物質的相對能量和活化能算出中間產物、過渡態和最終產物的相對能量,找到畫圖的關鍵資料;催化劑的選擇*表現在對不同反應的選擇*不同;選擇*膜是通過吸附目標產品而提高目標產物的選擇*的,與催化劑的選擇*有所區別。
【詳解】(1)①由圖1的資料可知,C2H6(g)、CO2(g)、CO(g)、H2(g)的相對能量分別為-84kJ∙mol-1、-393 kJ∙mol-1、-110 kJ∙mol-1、0 kJ∙mol-1。由題中資訊可知,∆H=生成物的相對能量-反應物的相對能量,因此,C2H6(g)+2CO2(g)⇌4CO(g)+3H2(g) ∆H3=(-110 kJ∙mol-1)´4-(-84kJ∙mol-1)-( -393 kJ∙mol-1)´2=430 kJ∙mol-1。
②A.反應Ⅰ為吸熱反應,升高溫度能使其化學平衡向正反應方向移動,故其平衡常數增大,A正確;
B.反應Ⅰ和反應Ⅱ的正反應均為氣體分子數增大的反應,增大壓強,其化學平衡均向逆反應方向移動,B不正確;
C.反應Ⅲ的產物中有CO,增大CO的濃度,能使反應Ⅱ的化學平衡向逆反應方向移動,故其不利於乙*脫*,不利於乙烯的生成,C不正確;
D.反應Ⅳ的反應前後氣體分子數不變,在恆溫恆壓下向平衡體系中通入水蒸氣,體系的總體積變大,水蒸氣的濃度變大,其他組分的濃度均減小相同的倍數,因此該反應的濃度商變大(大於平衡常數),化學平衡向逆反應方向移動,D正確。
綜上所述,描述正確的是AD。
③由題中資訊可知,反應Ⅱ分兩步進行,第一步的反應是C2H6(g)+CO2(g)®C2H4(g)+H2(g) +CO2(g),C2H4(g)、H2(g)、CO2(g)的相對能量之和為52 kJ∙mol-1+0+(-393 kJ∙mol-1)= -341 kJ∙mol-1;第二步的反應是C2H4(g)+H2(g) +CO2(g)®C2H4(g)+H2O(g) +CO(g),其活化能為210 kJ∙mol-1,故該反應體系的過渡態的相對能量又升高了210 kJ∙mol-1,過渡態的的相對能量變為-341 kJ∙mol-1+210 kJ∙mol-1= -131 kJ∙mol-1,最終生成物C2H4(g)、H2O(g)、CO(g)的相對能量之和為(52 kJ∙mol-1)+(-242 kJ∙mol-1)+(-110 kJ∙mol-1)= -300 kJ∙mol-1。根據題中資訊,第一步的活化能較小,第二步的活化能較大,故反應Ⅱ分兩步進行的“能量—反應過程圖”可以表示如下:。
(2)①由題中資訊及表中資料可知,儘管CO2和C2H6按物質的量之比1:1投料,但是C2H4的產率遠遠小於C2H6的轉化率,但是CO2的轉化率高於C2H6,說明在催化劑X的作用下,除了發生反應Ⅱ,還發生了反應Ⅲ,而且反應物主要發生了反應Ⅲ,這也說明催化劑X有利於提高反應Ⅲ速率,因此,CO2氧化C2H6的主要產物是CO。故*為:CO;C2H4的產率低說明催化劑X有利於提高反應Ⅲ速率。
②由題中資訊可知,選擇*膜技術可提高C2H4的選擇*,由反應ⅡC2H6(g)+CO2(g)⇌C2H4(g)+H2O(g) +CO(g)可知,該選擇*應具體表現在選擇*膜可選擇*地讓C2H4通過而離開體系,即通過吸附C2H4減小其在平衡體系的濃度,從而促進化學平衡向正反應方向移動,因而可以乙*的轉化率。故*為:選擇*膜吸附C2H4,促進反應Ⅱ平衡向正反應方向移動。
【點睛】本題“能量—反應過程圖”是難點。一方面資料的處理較難,要把各個不同狀態的相對能量算準,不能遺漏某些物質;另一方面,還要考慮兩步反應的活化能不同。這就要求考生必須有耐心和細心,準確提取題中的關鍵資訊和關鍵資料,才能做到完美。
知識點:大學聯考試題
題型:綜合題
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