【題目】碳及其化合物在化工生產(chǎn)中有著廣泛的應(yīng)用。

I.為解決大氣中CO2的含量增大的問題,某科學(xué)家提出如下構(gòu)想:

把工廠排出的富含CO2的廢氣經(jīng)凈化吹入碳酸鉀溶液吸收,然后再把CO2從溶液中提取出來,在合成塔中經(jīng)化學(xué)反應(yīng)使廢氣中的CO2轉(zhuǎn)變?yōu)槿剂霞状肌?/span>

部分技術(shù)流程如下:

⑴合成塔中反應(yīng)的化學(xué)方程式為____________H<0。該反應(yīng)為可逆反應(yīng),從平衡移動原理分析,低溫有利于提高原料氣的平衡轉(zhuǎn)化率。而實(shí)際生產(chǎn)中采用300℃的溫度,除考慮溫度對反應(yīng)速率的影響外,還主要考慮了___________________________________________________________________。

(2)從合成塔分離出甲醇的原理與下列_______操作的原理比較相符(填字母)

A.過濾 B.分液 C.蒸饋 D.結(jié)晶

(3)如將CO2H21:4的體積比混合,在適當(dāng)?shù)臈l件下可制得CH4。寫出CO2(g)H2(g)反應(yīng)生CH4(g)與液態(tài)水的熱化學(xué)方程式:

已知:CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) H1=-890.3kJ/mol

2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) H2=-571.6kJ/mol

_______________________________________________________________________

II.甲烷燃燒會放出大量的熱,可作為能源應(yīng)用于人類的生產(chǎn)和生活。

己知:①2CH4(g)+3O2(g)=2CO(g)+4H2O(l); H1=-1214.6kJ/mol

CO2(g)=CO(g)+1/2O2(g); H2=+283.0kJ/mol

則表示甲烷燃燒熱的熱化學(xué)方程式______________________________。

III.某興趣小組模擬工業(yè)合成甲醇的反應(yīng):CO(g)+2H2(g)CH3OH(g),在容積固定為2L的密閉容器中充入1mol CO 2mol H2,加入合適的催化劑(催化劑體積忽略不計(jì))后開始反應(yīng)。測得容器內(nèi)的壓強(qiáng)隨時(shí)間變化如下:

時(shí)間/min

0

5

10

15

20

25

壓強(qiáng)/Mpa

12.6

10.8

9.5

8.7

8.4

8.4

(1)從反應(yīng)開始到20min時(shí),以CO表示反應(yīng)速率為_____________________。

(2)下列描述能說明反應(yīng)達(dá)到平衡的是_______________________

A.裝置內(nèi)氣體顏色不再改變 B.容器內(nèi)氣體的平均摩爾質(zhì)量保持不變

C.容器內(nèi)氣體的壓強(qiáng)保持不變 D.容器內(nèi)氣體密度保持不變

(3)該溫度下平衡常數(shù)K=____,若達(dá)到平衡后加入少量CH3OH(g),此時(shí)平衡常數(shù)K值將____ (增大”、“減小不變”)

(4)該反應(yīng)達(dá)到平衡后,再向容器中充入1mol CO 2mol H2,此時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率將__________(增大”、“減小不變”)

【答案】 CO2+3H2CH3OH+H2O 催化劑的催化活性、反應(yīng)速率 C CO2(g)+4H2(g) = CH4(g)+2H2O(l) H=-252.9kJ/mol CH4(g)+2O2(g) = CO2(g)+2H2O(l) H=-890.3kJ/mol 0.0125mol·L-1·min-1 BC 4 不變 增大

【解析】試題分析:本題考查反應(yīng)熱的計(jì)算,熱化學(xué)方程式的書寫,化學(xué)反應(yīng)速率的計(jì)算,化學(xué)平衡的判斷,外界條件對化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的影響以及實(shí)際應(yīng)用。

I(1)富含CO2的廢氣經(jīng)凈化被碳酸鉀溶液吸收發(fā)生反應(yīng)CO2+K2CO3+H2O=2KHCO3,在分解池中發(fā)生反應(yīng)2KHCO3K2CO3+H2O+CO2↑,合成塔中由CO2H22105Pa、300℃、鉻鋅觸媒作用下反應(yīng)生成CH3OH,反應(yīng)的化學(xué)方程式為CO2+3H2CH3OH+H2O。該反應(yīng)的ΔH0,低溫有利于平衡正向移動,提高原料的轉(zhuǎn)化率,采用300℃除了考慮溫度對化學(xué)反應(yīng)速率的影響,還考慮溫度對催化劑催化活性、反應(yīng)速率的影響。

(2)常溫下CH3OHH2O互相混溶,從合成塔分離出CH3OH, 采用類似于蒸餾的操作原理。

(3)將CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) H1=-890.3kJ/mol2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) ΔH2=-571.6kJ/mol依次編為①、②,運(yùn)用蓋斯定律,2-①CO2(g)+4H2(g) = CH4(g)+2H2O(l) ΔH=(-571.6kJ/mol)2-(-890.3kJ/mol)=-252.9kJ/mol,則反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為CO2(g)+4H2(g) = CH4(g)+2H2O(l) ΔH=-252.9kJ/mol。

II運(yùn)用蓋斯定律,-②,CH4(g)+2O2(g) = CO2(g)+2H2O(l) ΔH=(-1214.6kJ/mol)-(+283.0kJ/mol)=-890.3kJ/mol,CH4燃燒熱的熱化學(xué)方程式為CH4(g)+2O2(g) = CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-890.3kJ/mol。

III(1)運(yùn)用三段式計(jì)算,設(shè)反應(yīng)開始到20min內(nèi)轉(zhuǎn)化的CO物質(zhì)的量為xmol,

CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)

n(起始)(mol) 1 2 0

n(轉(zhuǎn)化)(mol) x 2x x

n(20min末)(mol)1-x 2-2x x

根據(jù)恒溫恒容時(shí)氣體壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比,列式=,解得x=0.5,則從反應(yīng)開始到20min內(nèi)υ(CO)=0.5mol2L20min=0.0125mol·L-1·min-1

(2)A項(xiàng),CO、H2、CH3OH(g)都是無色氣體,顏色不再變化不能說明反應(yīng)已達(dá)平衡,錯誤;B項(xiàng),由于所有物質(zhì)都呈氣態(tài),氣體的總質(zhì)量始終不變,正反應(yīng)為氣體分子數(shù)減小的反應(yīng),建立平衡的過程中氣體總物質(zhì)的量減小,氣體的平均摩爾質(zhì)量增大,氣體的平均摩爾質(zhì)量不變表明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài),正確;C項(xiàng),恒溫恒容時(shí)氣體壓強(qiáng)之比等于氣體物質(zhì)的量之比,正反應(yīng)為氣體分子數(shù)減小的反應(yīng),建立平衡的過程中氣體總物質(zhì)的量減小,混合氣的壓強(qiáng)減小,氣體的壓強(qiáng)不變表明達(dá)到平衡狀態(tài),正確;D項(xiàng),由于所有物質(zhì)都呈氣態(tài),氣體的總質(zhì)量始終不變,容器的體積不變,混合氣的密度始終不變,混合氣的密度不變不能作為平衡的標(biāo)志,錯誤;答案選BC。

(3)20min、25min時(shí)壓強(qiáng)不變說明已經(jīng)達(dá)到平衡狀態(tài),根據(jù)上述計(jì)算知平衡時(shí)CO、H2、CH3OH(g)的濃度依次為0.25mol/L、0.5mol/L、0.25mol/L,則該溫度下的化學(xué)平衡常數(shù)K==4。化學(xué)平衡常數(shù)K只與溫度有關(guān),若達(dá)到平衡后加入少量CH3OH(g),K值不變。

(4)該反應(yīng)達(dá)到平衡后,再向容器中充入1mol CO、2mol H2,相當(dāng)于增大壓強(qiáng),平衡正向移動,CO的轉(zhuǎn)化率增大。

練習(xí)冊系列答案
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A. 圖①表示aA(g)+bB(g)cC(g)反應(yīng)速率隨時(shí)間變化的示意圖,則to時(shí)刻改變的條件一定為加入催化劑

B. 圖②表示反應(yīng)H2(g)+CO2(g)CO(g)+H2O(g),在不同溫度下,水蒸氣含量隨時(shí)間的變化,則該反應(yīng)△H>0

C. 圖③表示2NO2(g)N2O4(g)達(dá)到平衡時(shí),NO2體積分?jǐn)?shù)隨壓強(qiáng)變化示意圖,其中,B點(diǎn)的顏色比A點(diǎn)的顏色深

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選項(xiàng)

X

Y

Z

A

Fe

FeCl3

FeCl2

B

Cl2

NaClO

NaCl

C

Si

SiO2

H2SiO3

D

HNO3

NO

NO2


A.A
B.B
C.C
D.D

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A. N2H4(g)O2(g)=== N2(g)H2O(g)  ΔH267 kJ·mol1

B. N2H4(g)O2(g)===N2(g)2H2O(g)  ΔH=-534 kJ·mol1

C. N2H4(g)O2(g)===N2(g)2H2O(g)  ΔH534 kJ·mol1

D. N2H4(g)O2(g)===N2(g)2H2O(l)  ΔH=-133.5 kJ·mol1

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(1) 0t1min內(nèi),X的濃度變化量為___________Y的濃度變化量______________

(2) 0t1min內(nèi),Y的平均反應(yīng)速率為_________________________________。

(3) X、Y、Z三者的速率之比為_____________________

(4) 該反應(yīng)的化學(xué)方程式為_______________________________________。

(5) 下列關(guān)于該反應(yīng)的說法正確的是__________________________________。

At1min時(shí),該反應(yīng)已停止

Bt1min之前,X的消耗速率大于它的生成速率

Ct1min時(shí),正反應(yīng)速率等于逆反應(yīng)速率

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