二氧化碳催化加*合成乙烯是综合利用CO2的热点研究领域。回答下列问题:(1)CO2催化加*生成乙烯和水的反应中...
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二氧化碳催化加*合成乙烯是综合利用CO2的热点研究领域。回答下列问题:
(1)CO2催化加*生成乙烯和水的反应中,产物的物质的量之比n(C2H4)∶n(H2O)=__________。当反应达到平衡时,若增大压强,则n(C2H4)___________(填“变大”“变小”或“不变”)。
(2)理论计算表明,原料初始组成n(CO2)∶n(H2)=1∶3,在体系压强为0.1MPa,反应达到平衡时,四种组分的物质的量分数x随温度T的变化如图所示。
图中,表示C2H4、CO2变化的曲线分别是______、______。CO2催化加*合成C2H4反应的ΔH______0(填“大于”或“小于”)。
(3)根据图中点A(440K,0.39),计算该温度时反应的平衡常数Kp=_________(MPa)−3(列出计算式。以分压表示,分压=总压×物质的量分数)。
(4)二氧化碳催化加*合成乙烯反应往往伴随副反应,生成C3H6、C3H8、C4H8等低碳烃。一定温度和压强条件下,为了提高反应速率和乙烯选择*,应当___________________。
【回答】
(1). 1∶4 (2). 变大 (3). d (4). c (5). 小于 (6). 或等 (7). 选择合适催化剂等
【解析】
【分析】
根据质量守恒定律配平化学方程式,可以确定产物的物质的量之比。根据可逆反应的特点分析增大压强对化学平衡的影响。根据物质的量之比等于化学计量数之比,从图中找到关键数据确定代表各组分的曲线,并计算出平衡常数。根据催化剂对化反应速率的影响和对主反应的选择*,工业上通常要选择合适的催化剂以提高化学反应速率、减少副反应的发生。
【详解】(1)CO2催化加*生成乙烯和水,该反应的化学方程式可表示为2CO2+6H2 ⇌ CH2 = CH2+4H2O,因此,该反应中产物的物质的量之比n(C2H4):n(H2O)=1:4。由于该反应是气体分子数减少的反应,当反应达到平衡状态时,若增大压强,则化学平衡向正反应方向移动,n(C2H4)变大。
(2) 由题中信息可知,两反应物初始投料之比等于化学计量数之比;由图中曲线的起点坐标可知,c和a所表示的物质的物质的量分数之比为1:3、d和b表示的物质的物质的量分数之比为1:4,则结合化学计量数之比可以判断,表示乙烯变化的曲线是d,表示二氧化碳变化曲线的是c。由图中曲线的变化趋势可知,升高温度,乙烯的物质的量分数减小,则化学平衡向逆反应方向移动,则该反应为放热反应,∆H小于0。
(3) 原料初始组成n(CO2)∶n(H2)=1∶3,在体系压强为0.1Mpa建立平衡。由A点坐标可知,该温度下,*气和水的物质的量分数均为0.39,则乙烯的物质的量分数为水的四分之一,即,二氧化碳的物质的量分数为*气的三分之一,即,因此,该温度下反应的平衡常数(MPa)-3=(MPa)-3。
(4)工业上通常通过选择合适催化剂,以加快化学反应速率,同时还可以提高目标产品的选择*,减少副反应的发生。因此,一定温度和压强下,为了提高反应速率和乙烯的选择*,应当选择合适的催化剂。
【点睛】本题确定图中曲线所代表的化学物质是难点,其关键在于明确物质的量的分数之比等于各组分的物质的量之比,也等于化学计量数之比(在初始投料之比等于化学计量数之比的前提下,否则不成立)。
知识点:高考试题
题型:综合题