当前位置: 高中化学 / 综合题
  • 1. (2022·赤峰模拟) 随着可燃冰开采领域的不断扩大,我国已处于世界绝对领先地位。将甲烷((CH4)催化转化为有价值的化学工业品一直是我国化学工作 者的研究热点。最近徐君团队研发出了一种Au在ZSM-5分子筛上催化氧化甲烷生产CH3OH和CH3COOH的技术,该技术涉及的反应如下:

    反应Ⅰ 2CH4(g)+O2(g)  2CH3OH(g) △H1= -251.0kJ·mol-1

    反应Ⅱ 2CH4(g)+2O2(g)  CH3COOH(g)+2H2O(g) △H2 = -812.4kJ· mol-1

    请回答下列问题:

    1. (1) 部分化学键的键能数据如下表所示:

      化学键

      O=O

      C-H

      O-H

      键能E/kJ·mol-1

      498

      414

      390.8

      则C-O的键能为kJ·mol-1

    2. (2) 反应II在热力学上进行的趋势很大,原因为。除降低温度外,能同时提高CH3OH和CH3COOH的平衡产率的措施为(任答一条)。
    3. (3) T℃下,向含有少量Au-ZSM-5分子筛催化剂的体积为VL的刚性密闭容器中充入1molCH4和2molO2发生反应I和反应II。达到平衡时测得CH4的物质的量为a mol, CH3COOH(g)的物质 的量为b mol,此时O2(g)的浓度为mol·L-1 (用含a、b、v的代数式表示,要求化简,下同),该温度下反应II的平衡常数为
    4. (4) 徐君教授研究后发现在Au-ZSM-5分子筛催化剂表面,反应I中O2的解离过程和CH4的活化过程的机理如下图所示(·代表吸附态):

      该反应进程中,O2的解离是(填“吸热”或“放热”)的反应,该过程的反应速率(填“大于”或“小于”)CH4的活化反应的反应速率。

    5. (5) 以CH4和O2为基本原料,采用电解法也可以制备CH3COOH,其装置如下图所示: 

      通入CH4的电极反应式为该装置工作时发生的能量转化形式为 (不考虑热能的转化)。

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