【題目】甲烷是一種重要的化工原料和清潔能源,研究其再生及合理利用有重要意義。

請(qǐng)回答:

(1)已知一定條件下發(fā)生如下反應(yīng):

CO2(g)+2H2O(g)CH4(g)+2O2(g) △H=+802kJ·mol-1

將一定量的CO2(g)和H2O(g)充入10L密閉容器中,分別在催化劑M、N的作用下發(fā)生上述反應(yīng),CH4(g)的產(chǎn)量(n)與光照時(shí)間(t)和溫度(T)變化的關(guān)系如圖1所示。

①若甲烷的燃燒熱(△H)為-890kJ·mol-1,則水的汽化熱△H=___________。(汽化熱指1mol液體轉(zhuǎn)化為氣體時(shí)吸收的熱量)

②T1℃、催化劑M作用下,0~20h內(nèi)該反應(yīng)速率v(H2O)=___________。

③根據(jù)圖1判斷,T1___________T2(填“>”“<”或“=”),理由為___________。

催化劑的催化效果:M___________N(填“強(qiáng)于”或“弱于”)。

(2)甲烷可用于制備合成氣:CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) △H。將CH4(g)和H2O(g)以物質(zhì)的量之比為1:3充入盛有催化劑的剛性容器中發(fā)生該反應(yīng)。相同時(shí)間段內(nèi)測(cè)得CO的體積分?jǐn)?shù)()與溫度(T)的關(guān)系如圖2所示。

①T0℃時(shí),CO的體積分?jǐn)?shù)最大的原因?yàn)?/span>_________________________________。

②若T0℃時(shí),容器內(nèi)起始?jí)簭?qiáng)為p0,CO的平衡體積分?jǐn)?shù)為10%,則反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp=___________(用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算,分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。

【答案】+44 kJmol﹣1 0.006 molL﹣1h﹣1 該反應(yīng)為吸熱反應(yīng),溫度升高,CH4的產(chǎn)量增大 弱于 低于T0 ℃時(shí),相同時(shí)間段內(nèi)溫度越高反應(yīng)速率越快,CO的體積分?jǐn)?shù)越大;高于T0 ℃時(shí),反應(yīng)達(dá)到平衡,該反應(yīng)為放熱反應(yīng),溫度越高CO的體積分?jǐn)?shù)越小

【解析】

(1)甲烷的燃燒熱為H=-890kJmol-1,則甲烷燃燒的熱化學(xué)方程式可表示為CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)H=-890kJmol-1,根據(jù)蓋斯定律,結(jié)合已知熱化學(xué)方程式處理得H2O(l)=H2O(g),再計(jì)算出H;

②根據(jù)圖象可知,T1℃、催化劑M作用下,020h內(nèi)甲烷的物質(zhì)的量變化為0.6mol,結(jié)合v=計(jì)算出甲烷的反應(yīng)速率,然后結(jié)合反應(yīng)速率與化學(xué)計(jì)量數(shù)成正比計(jì)算;

③根據(jù)催化劑不影響平衡,會(huì)使得化學(xué)反應(yīng)速率增大,結(jié)合該反應(yīng)為放熱反應(yīng)分析解答;

(2)①?zèng)]有達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí),溫度越高反應(yīng)速率越快,當(dāng)達(dá)到平衡狀態(tài)后,升高溫度平衡向著逆向移動(dòng),據(jù)此分析;

CH4(g)H2O(g)的物質(zhì)的量之比為13,設(shè)CH4xmolH2O3xmol,平衡時(shí)生成的COymol,然后根據(jù)三段式分析解答。容器容積相同時(shí),氣體的壓強(qiáng)與物質(zhì)的量成正比,T0℃時(shí),容器內(nèi)起始?jí)簭?qiáng)為p0,計(jì)算出平衡時(shí)的壓強(qiáng),再分別計(jì)算出平衡時(shí)各氣體的分壓,帶入平衡常數(shù)表達(dá)式計(jì)算即可。

(1)①已知:CO2(g)+2H2O(g)CH4(g)+2O2(g)H+802kJmol1①,甲烷的燃燒熱為H=﹣890kJmol1,則甲烷燃燒的熱化學(xué)方程式可表示為CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l)H=﹣890 kJmol1②,根據(jù)蓋斯定律,﹣(+)可得:H2O(l)H2O(g)H=﹣ [+802kJmol1+(890 kJmol1)]+44 kJmol1,故答案為:+44 kJmol1;

②根據(jù)圖像可知,T1℃、催化劑M作用下,020h內(nèi)水的物質(zhì)的量變化為0.6mol,則v(CH4)0.003 molL1h1,所以v(H2O)2v(CH4)0.006 molL1h1,故答案為:0.006 molL1h1;

③該反應(yīng)為吸熱反應(yīng),溫度升高,CH4的產(chǎn)量增大,根據(jù)圖像可知,溫度為T1條件下,平衡時(shí)甲烷的物質(zhì)的量較大,則T1T2;已知溫度T1T2,若不使用催化劑,應(yīng)該在溫度T1條件下優(yōu)先達(dá)到平衡狀態(tài),根據(jù)圖像可知,使用催化劑N的曲線優(yōu)先達(dá)到平衡狀態(tài),說明催化劑的催化效果:M弱于N,故答案為:>;該反應(yīng)為吸熱反應(yīng),溫度升高,CH4的產(chǎn)量增大;弱于;

(2)①在溫度低于T0 ℃時(shí),相同時(shí)間段內(nèi)溫度越高反應(yīng)速率越快,則CO的體積分?jǐn)?shù)越大;在溫度為T0 ℃時(shí),反應(yīng)達(dá)到平衡,由于該反應(yīng)為放熱反應(yīng),溫度越高CO的體積分?jǐn)?shù)越小,所以T0℃時(shí)CO的體積分?jǐn)?shù)最大,故答案為:低于T0 ℃時(shí),相同時(shí)間段內(nèi)溫度越高反應(yīng)速率越快,CO的體積分?jǐn)?shù)越大;高于T0 ℃時(shí),反應(yīng)達(dá)到平衡,該反應(yīng)為放熱反應(yīng),溫度越高CO的體積分?jǐn)?shù)越;

CH4(g)H2O(g)的物質(zhì)的量之比為13,設(shè)CH4xmol,H2O3xmol,平衡時(shí)生成的COymol,CO的平衡體積分?jǐn)?shù)為10%

CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)

初始(mol) x 3x 0 0

轉(zhuǎn)化(mol) y y y 3y

平衡(mol) xy 3xy y 3y

則:×100%=10%,解得:y=0.5x,平衡時(shí)混合氣體的總物質(zhì)的量為:x-0.5x+3x-0.5x+0.5x+0.5x×3=5x,反應(yīng)前總物質(zhì)的量為4xmol,容器容積相同時(shí),氣體的壓強(qiáng)與物質(zhì)的量成正比,T0℃時(shí),容器內(nèi)起始?jí)簭?qiáng)為p0,則平衡時(shí)壓強(qiáng)為:p0×=1.25p0,平衡時(shí)p(CH4)=×1.25p0=p0,p(H2O)=×1.25p0=p0,p(CO)=×1.25p0=p0,p(CH4)=×1.25p0=p0,反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp==,故答案為:。

練習(xí)冊(cè)系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中化學(xué) 來源: 題型:

【題目】1)下列數(shù)量的各物質(zhì)所含原子數(shù)按由大到小的順序排列的是____。

0.5 mol氨氣 ②標(biāo)準(zhǔn)狀況下22.4 L氦氣 4℃時(shí)9 mL 0.2 mol磷酸鈉

2)某雙原子分子構(gòu)成的氣體,其摩爾質(zhì)量為Mg/mol,該氣體質(zhì)量為mg,阿伏加德羅常數(shù)為NA,則:

①該氣體的物質(zhì)的量為____mol

②該氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為____L

③該氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的密度為____g/L

④該氣體所含原子總數(shù)為____個(gè)

⑤該氣體的一個(gè)分子的質(zhì)量為____g。

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【題目】短周期主族元素X、Y、Z、W原子序數(shù)依次增大,X原子核外有9個(gè)電子,Y原子最外層電子數(shù)是最內(nèi)層電子數(shù)的一半,Z最高正價(jià)是最低負(fù)價(jià)絕對(duì)值的3倍。下列敘述正確的是( 。

A. 原子半徑:W<X<Y<Z

B. 化合物Y2Z中既有離子鍵、又有共價(jià)鍵

C. Y、W最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)水化物的溶液均能溶解氧化鋁

D. 簡(jiǎn)單氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性由強(qiáng)到弱的順序:Z、W、X

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:

【題目】下列有關(guān)平衡常數(shù)的說法中,正確的是 ( )

A. 改變條件,反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率增大,平衡常數(shù)也一定增大

B. 反應(yīng)2NO2(g)N2O4(g) △H <0,升高溫度該反應(yīng)平衡常數(shù)增大

C. 對(duì)于給定可逆反應(yīng),溫度一定時(shí),其正、逆反應(yīng)的平衡常數(shù)相等

D. CO2+H2 CO+H2O的平衡常數(shù)表達(dá)式為K==

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:

【題目】下列排列順序錯(cuò)誤的是

A.原子半徑:O<SB.穩(wěn)定性:H2S<PH3

C.酸性:H3PO4<H2SO4D.堿性:Al(OH)3<Mg(OH)2

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:

【題目】在一密閉容器中,反應(yīng)aA(g)bB(g)達(dá)平衡后,保持溫度不變,將容器體積增加一倍,當(dāng)達(dá)到新平衡時(shí),B的濃度是原來的65%,則

A. 平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)了 B. 物質(zhì)B的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加了

C. 物質(zhì)A的轉(zhuǎn)化率減小了 D. a>b

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【題目】乙酸松油酯是松油醇的酯化產(chǎn)物,具有甜香氣味,廣泛應(yīng)用于日用和食用香精中。乙酸松油酯的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式如圖甲所示,下列說法正確的是

A. 乙酸松油酯的分子式為C12H22O2

B. 乙酸松油酯的水解產(chǎn)物松油醇與圖乙所示物質(zhì)互為同分異構(gòu)體

C. 乙酸松油酯既易溶于水、也易溶于乙醇或油脂

D. 乙酸松油酯能使Br2CCl4溶液或酸性KMnO4溶液褪色

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【題目】煤氣化和液化是現(xiàn)代能源工業(yè)中重點(diǎn)考慮的能源綜合利用方案。最常見的氣化方法為用煤生產(chǎn)水煤氣,而當(dāng)前比較流行的液化方法為用煤生產(chǎn)CH3OH

1已知:CO2(g)3H2(g)===CH3OH(g)H2O(g) ΔH1

2CO(g)O2(g)===2CO2(g) ΔH2

2H2(g)O2(g)===2H2O(g) ΔH3

則反應(yīng)CO(g)2H2(g)===CH3OH(g)ΔH______。

2如圖是該反應(yīng)在不同溫度下CO的轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間變化的曲線。

T1T2溫度下的平衡常數(shù)大小關(guān)系是K1________K2(、”)

②由CO合成甲醇時(shí),CO250 300 、350 ℃下達(dá)到平衡時(shí)轉(zhuǎn)化率與壓強(qiáng)的關(guān)系曲線如下圖所示,則曲線c所表示的溫度為________ ℃。實(shí)際生產(chǎn)條件控制在250 、1.3×104 kPa左右,選擇此壓強(qiáng)的理由是____________

③以下有關(guān)該反應(yīng)的說法正確的是________(填序號(hào))。

A.恒溫、恒容條件下,若容器內(nèi)的壓強(qiáng)不再發(fā)生變化,則可逆反應(yīng)達(dá)到平衡

B.一定條件下,H2的消耗速率是CO的消耗速率的2倍時(shí),可逆反應(yīng)達(dá)到平衡

C.使用合適的催化劑能縮短達(dá)到平衡的時(shí)間并提高CH3OH的產(chǎn)率

D.某溫度下,將2 mol CO6 mol H2充入2 L密閉容器中,充分反應(yīng),達(dá)到平衡后,測(cè)得c(CO)0.2 mol·L1,則CO的轉(zhuǎn)化率為80%

3一定溫度下,向2 L固定體積的密閉容器中加入1 mol CH3OH(g),發(fā)生反應(yīng):CH3OH(g) CO(g)2H2(g),H2的物質(zhì)的量隨時(shí)間變化的曲線如圖所示。

02 min內(nèi)的平均反應(yīng)速率v(CH3OH)__________。該溫度下,反應(yīng)CO(g)2H2(g) CH3OH(g)的平衡常數(shù)K__________。相同溫度下,在一個(gè)恒容容器中加入一定量的CO(g)H2發(fā)生:CO(g)2H2(g) CH3OH(g)的反應(yīng),某時(shí)刻測(cè)得體系中各物質(zhì)的量濃度如下:CCO=0.25 mol·L1,CH2=1.0 mol·L1,CCH3OH=0.75 mol·L1,則此時(shí)該反應(yīng)_____進(jìn)行(填向正反應(yīng)方向”“向逆反應(yīng)方向處于平衡狀態(tài))。

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【題目】認(rèn)真分析物質(zhì)的量濃度的概念及其定義式并思考,下列溶液中溶質(zhì)的物質(zhì)的量濃度為1mol·L1的是(

A. 40gNaOH溶解于1L水中

B. 22.4L氯化氫氣體溶于水配成1L溶液

C. 1L10 mol·L1的濃鹽酸與9L水混合

D. 10gNaOH溶解于水中配成250mL溶液

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