(14分)美國Bay等工廠使用石油熱裂解的副產物甲烷來制取氫氣,其生產流程如下圖:
(1)此流程的第II步反應為:CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g),該反應的平衡常數(shù)隨溫度的變化如下表:
溫度/℃ | 400 | 500 | 830 |
平衡常數(shù)K | 10 | 9 | 1 |
從上表可以推斷:此反應是 (填“吸”或“放”)熱反應。在830℃下,若開始時向恒容密閉容器中充入1mo1CO和2mo1H2O,則達到平衡后CO的轉化率為 。
(2)在500℃,以下表的物質的量(按照CO、H2O、H2、CO2的順序)投入恒容密閉容器中進行上述第II步反應,達到平衡后下列關系正確的是
實驗編號 | 反應物投入量 | 平衡時H2濃度 | 吸收或放出的熱量 | 反應物轉化率 |
A | 1、1、0、0 | c1 | Q1 | α1[來源:] |
B | 0、0、2、2 | c2 | Q2 | α2
|
C | 2、2、0、0 | c3 | Q3 | α3 |
A.2c1= c2 =c3 B.2Q1=Q2=Q3 C.α1 =α2 =α3 D.α1 +α2 =1
(3)在一個絕熱等容容器中,不能判斷此流程的第II步反應達到平衡的是 。
①體系的壓強不再發(fā)生變化 ②混合氣體的密度不變
③混合氣體的平均相對分子質量不變 ④各組分的物質的量濃度不再改變
⑤體系的溫度不再發(fā)生變化 ⑥v(CO2)正=v(H2O)逆
(4)下圖表示此流程的第II步反應,在t1時刻達到平衡、在t2時刻因改變某個條件濃度發(fā)生變化的情況:圖中t2時刻發(fā)生改變的條件是 、
(寫出兩種)。若t4時刻通過改變容積的方法將壓強增大為原先的兩倍,在圖中t4和t5區(qū)間內畫出CO、CO2濃度變化曲線,并標明物質(假設各物質狀態(tài)均保持不變)。
(1)放 ;66.7%(2)AD (3)②③ (4)降低溫度,或增加水蒸汽的量,或減少氫氣的量;(每格2分)
解析:(1)溫度越高,平衡常數(shù)越小,所以正反應是放熱反應。
CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g)
起始量(mol) 1 2 0 0
轉化量(mol) x x x x
平衡量(mol) 1-x 2-x x x
根據(jù)平衡常數(shù)知
解得x=2/3,所以平衡后CO的轉化率為是66.7%。
(2)因為反應前后體積,即改變壓強平衡不會發(fā)生移動,根據(jù)所給的反應物投入量來看ABC就是等效的,雖然氫氣的含量,但氫氣的濃度不同,其中BC相等且都是A的2倍。根據(jù)500℃平衡常數(shù)可計算出A中反應物的轉化率均是75%【計算方法同(1)】,即平衡時A中CO、H2O、H2、CO2分別是0.25mol、0.25mlol、0.75mol、0.75mol,則平衡時B、C中CO、H2O、H2、CO2分別都為0.5mol、0.5mol、1.5mol、1.5mol。即B、C中轉化率分別是25%和75%。A中放熱Q1,所以反應熱是-2Q1kJ·mol-1。則C中放熱2Q1,B中吸熱Q1。答案AD正確。
(3)因為體系絕熱,而反應是放熱反應,所以壓強會發(fā)生變化,①⑤可以。反應前后氣體質量和容器的體積均不發(fā)生變化,所以密度不變,②不可以。反應前后氣體質量和物質的量均不發(fā)生變化,所以相對分子質量不變,③不可以。④⑥符合化學平衡的概念正確。答案是②③。
(4)由圖像可知t2時刻CO濃度減小,CO2濃度增大,因此改變的條件是降低溫度,或增加水蒸汽的量。t4時刻通過改變容積的方法將壓強增大為原先的兩倍,平衡不移動,但物質的濃度均增大,都變?yōu)樵瓉泶?倍,如圖所示:
科目:高中化學 來源: 題型:閱讀理解
c(H2)c(CO2) |
c(CO)c(H2O) |
c(H2)c(CO2) |
c(CO)c(H2O) |
溫度/℃ | 400 | 500 | 830 | 1000 |
平衡常數(shù)K | 10 | 9 | 1 | 0.6 |
實驗編號 | n(CO) | n(H2O) | n(H2) | n(CO2) |
A | 1 | 5 | 2 | 3 |
B | 2 | 2 | 1 | 1 |
C | 0.5 | 2 | 1 | 1 |
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科目:高中化學 來源: 題型:閱讀理解
高溫 |
溫度/℃ | 400 | 500 | 830 | 1000 |
平衡常數(shù)K | 10 | 9 | 1 | 0.6 |
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科目:高中化學 來源: 題型:
溫度/℃ | 400 | 500 | 830 | 1000 |
平衡常數(shù)K | 10 | 9 | 1 | 0.6 |
實驗編號 | n(CO) | n(H2O) | n(H2) | n(CO2) |
A | 1 | 5 | 2 | 3 |
B | 2 | 2 | 1 | 1 |
C | 3 | 3 | 0 | 0 |
D | 0.5 | 2 | 1 | 1 |
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科目:高中化學 來源: 題型:閱讀理解
(9分)美國Bay等工廠使用石油熱裂解的副產物甲烷來制取氫氣,其生產流程如
下圖:
(1)此流程的第II步反應為:CO(g)+H2O(g) H2(g)+CO2(g),該反應的化學平衡常數(shù)表達式為K= ;反應的平衡常數(shù)隨溫度的變化如表一,
溫度/℃ | 400 | 500 | 830 | 1000 |
平衡常數(shù)K | 10 | 9 | 1 | 0.6 |
從上表可以推斷:此反應是_______________ (填“吸”、“放”)熱反應。在830℃下,若開始時向恒容密閉容器中充入CO與HzO均為1 mo1,則達到平衡后CO的轉化率為_____。
(2)此流程的第II步反應CO(g)+H2O(g) H2(g)+CO2(g),在830℃,以表二的物質的量(單位為mol)投入恒容反應器發(fā)生上述反應,其中反應開始時,向正反應方向進行的有 (填實驗編號);
實驗編號 | N(CO) | N(H2O) | n(H2) | N(CO2) |
A | 1 | 5 | 2 | 3 |
B | 2 | 2 | 1 | 1 |
C | 0.5 | 2 | 1 | 1 |
(3)在一個不傳熱的固定容積的容器中,判斷此流程的第II步反應達到平衡的標志是
① 體系的壓強不再發(fā)生變化 ②混合氣體的密度不變 ③混合氣體的平均相對分子質量不變 ④ 各組分的物質的量濃度不再改變 ⑤ 體系的溫度不再發(fā)生變化 ⑥ v(CO2正)= v(H2O逆)
(4) 圖表示該反應此流程的第II步反應在時刻t達到平衡、在時刻t分別因改變某個條件而發(fā)生變化的情況:圖中時刻t發(fā)生改變的條件是_________。(寫出兩種)
(5)若400℃時,第Ⅱ步反應生成l mol氫氣的熱量數(shù)值為 33.2(單位為kJ),第Ⅰ步反應的熱化學方程式為: CH4(g)+H2O(g)=3H2(g)+CO(g)△H=-103.3kJ·mol-1。則400℃時,甲烷和水蒸氣反應生成二氧化碳和氫氣的熱化學方程式為 。
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