【題目】開發(fā)清潔能源是當今研究的熱點問題.二甲醚(CH3OCH3)在未來可能替代柴油和液化氣作為潔凈液體燃料使用,工業(yè)上以CO和H2為原料生產CH3OCH3 . 工業(yè)制備二甲醚在催化反應室中(壓力2.0~10.0Mpa,溫度230~280℃)進行下列反應:
①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)△H1=﹣99kJmol﹣1
②2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)△H2=﹣23.5kJmol﹣1
③CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)△H3=﹣41.2kJmol﹣1
(1)催化反應室中的總反應3CO(g)+3H2(g)CH3OCH3(g)+CO2(g),計算△H= . 反應原料來自煤的氣化.已知該反應的平衡常數(shù)表達式為K= ,每生成1mol H2需要吸收131.3kJ的熱量.寫出該反應的熱化學方程式 .
(2)在該條件下,若反應①的起始濃度分別為:c(CO)=0.6molL﹣1 , c(H2)=1.4molL﹣1 , 8min后達到平衡,CO的轉化率為50%,則8min內H2的平均反應速率為 .
(3)在t℃時,反應②的平衡常數(shù)為400,此溫度下,在1L的密閉容器中加入一定的甲醇,反應到某時刻測得各組分的物質的量濃度如下:
物質 | CH3OH | CH3OCH3 | H2O |
c(molL﹣1) | 0.46 | 1.0 | 1.0 |
此時刻v正v逆(填“>”“<”或“=”),平衡時c(CH3OCH3)的物質的量濃度是 .
(4)在(1)小題中催化反應室的總反應3CO(g)+3H2(g)CH3OCH3(g)+CO2(g),CO的平衡轉化率a(CO)與溫度、壓強的關系如圖1所示,圖中X代表(填“溫度”或“壓強”)判斷的理由是
(5)在催化劑的作用下同時進行三個反應,發(fā)現(xiàn)隨著起始投料比 的改變,二甲醚和甲醇的產率(產物中的碳原子占起始CO中碳原子的百分率)呈現(xiàn)如圖2的變化趨勢.試解釋二甲醚產率和甲醇產率變化的原因:
【答案】
(1)﹣262.7kJ?mol﹣1;C(s)+H2O(g)=H2(g)+CO(g)△H=+131.3kJ?mol﹣1
(2)0.075mol?L﹣1?min﹣1
(3)>;1.2mol?L﹣1
(4)溫度;圖中表明隨著X增大,CO的平衡轉化率減小;如果X表示壓強,壓強增大,平衡向正反應方向移動,CO的平衡轉化率增大,不符合條件;如果X表示溫度,溫度升高,平衡向逆反應方向移動,CO的平衡轉化率減小,符合條件
(5)當投料比小于1時,隨著c(H2)增大,反應①的平衡正向移動,CO轉化率增大,因此二甲醚和甲醇的產率增大;當投料比大于1時,隨著c(H2)增大,反應③被抑制,c(H2O)增大,最終抑制反應②,因此甲醇的產率繼續(xù)增大而二甲醚的產率減小
【解析】解:(1)①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)△H1=﹣99kJmol﹣1②2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)△H2=﹣23.5kJmol﹣1
③CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)△H3=﹣41.2kJmol﹣1
依據(jù)蓋斯定律計算①×2+②+3得到催化反應室中的總反應的熱化學方程式:3CO(g)+3H2(g)CH3OCH3(g)+CO2(g)△H=﹣262.7kJmol﹣1 ,
產業(yè)鏈中某反應的平衡常數(shù)表達式為K= ,反應的化學方程式為:H2O(g)+C(s)H2(g)+CO(g),每生成1mol H2需要吸收131.3kJ的熱量,生成2g氫氣放熱131.3KJ,結合熱化學方程式書寫方法寫出,C(s)+H2O(g)=H2(g)+CO(g)△H=+131.3kJmol﹣1 ,
所以答案是:﹣262.7kJmol﹣1 , C(s)+H2O(g)=H2(g)+CO(g)△H=+131.3kJmol﹣1;(2)在該條件下,若反應①的起始濃度分別為:c(CO)=0.6molL﹣1 , c(H2)=1.4molL﹣1 , 8min后達到平衡,CO的轉化率為50%,
CO(g)+ | 2H2(g) | CH3OH(g) | ||
起始量(mol/L) | 0.6 | 1.4 | 0 | |
變化量(mol/L) | 0.3 | 0.6 | 0.3 | |
8min量(mol/L) | 0.3 | 0.8 | 0.3 |
反應速率v= = =0.075 molL﹣1min﹣1 ,
則8min內H2的平均反應速率為0.075 molL﹣1min﹣1 ,
所以答案是:0.075 molL﹣1min﹣1;(3)①2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g),濃度商= =4.7<400,平衡正向移動,則v正 大于 v逆 ,
所以答案是:大于;
②設達到平衡時二甲醚反應的物質的量濃度為xmol/L,
該反應
2CH3OH(g) | CH3OCH3(g)+ | H2O | ||
開始(mol/L) | 0.46 | 1 | 1 | |
反應(mol/L) | 2x | x | x | |
平衡(mol/L) | 0.46﹣2x | 1+x | 1+x |
化學平衡常數(shù)K= =400
x=0.2,
則平衡時二甲醚的物質的量濃度=(1+0.2)mol/L=1.2mol/L,
所以答案是:>; 1.2 molL﹣1;(4)3CO(g)+3H2(g)CH3OCH3(g)+CO2(g)△H=﹣262.7kJmol﹣1 , 反應為氣體體積減小的放熱反應,溫度升高平衡逆向進行,一氧化碳轉化率減小,增大壓強平衡正向進行,一氧化碳轉化率增大,圖中表明隨著X增大,CO的平衡轉化率減。蝗绻鸛表示壓強,壓強增大,平衡向正反應方向移動,CO的平衡轉化率增大,不符合條件;如果X表示溫度,溫度升高,平衡向逆反應方向移動,CO的平衡轉化率減小,符合條件,
所以答案是:溫度;圖中表明隨著X增大,CO的平衡轉化率減。蝗绻鸛表示壓強,壓強增大,平衡向正反應方向移動,CO的平衡轉化率增大,不符合條件;如果X表示溫度,溫度升高,平衡向逆反應方向移動,CO的平衡轉化率減小,符合條件;(5)圖象中曲線變化特征分析,二甲醚產率和甲醇產率變化的原因:當投料比小于1時,隨著c(H2)增大,反應①的平衡正向移動,CO轉化率增大,因此二甲醚和甲醇的產率增大;當投料比大于1時,隨著c(H2)增大,反應③被抑制,c(H2O)增大,最終抑制反應②,因此甲醇的產率繼續(xù)增大而二甲醚的產率減小,
所以答案是:當投料比小于1時,隨著c(H2)增大,反應①的平衡正向移動,CO轉化率增大,因此二甲醚和甲醇的產率增大;當投料比大于1時,隨著c(H2)增大,反應③被抑制,c(H2O)增大,最終抑制反應②,因此甲醇的產率繼續(xù)增大而二甲醚的產率減;
span>【考點精析】本題主要考查了反應速率的定量表示方法和化學平衡狀態(tài)本質及特征的相關知識點,需要掌握反應速率的單位:mol/(L·min)或mol/(L·s) v=△c-△t;化學平衡狀態(tài)的特征:“等”即 V正=V逆>0;“動”即是動態(tài)平衡,平衡時反應仍在進行;“定”即反應混合物中各組分百分含量不變;“變”即條件改變,平衡被打破,并在新的條件下建立新的化學平衡;與途徑無關,外界條件不變,可逆反應無論是從正反應開始,還是從逆反應開始,都可建立同一平衡狀態(tài)(等效)才能正確解答此題.
科目:高中化學 來源: 題型:
【題目】短周期元素W、Y、Z的原子序數(shù)依次增大,W與Y最外層電子數(shù)之和為X的最外層電子數(shù)的2倍。Z最外層電子數(shù)等于最內層電子數(shù),X、Y、Z的簡單離子的電子層結構相同,W的單質是空氣中體積分數(shù)最大的氣體,下列說法正確的是
A. 離子半徑的大小順序:r(W)>r(X)>r(Y)>r(Z)
B. W的氣態(tài)氫化物比X的穩(wěn)定
C. XY2與ZY2中的化學鍵類型相同
D. Y的最高價氧化物對應水化物的酸性比W的強
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科目:高中化學 來源: 題型:
【題目】C、N、O、Al、Si、Cu是常見的六種元素.
(1)Si位于元索周期表第周期第族.
(2)N原子的原子結構示意圖為;Cu的低價氧化物的顏色為 .
(3)用“>”或“<”填空:
原子半徑 | 電負性 | 熔點 | 沸點 |
AlSi | NO | 金剛石晶體硅 | CH4SiH4 |
(4)常溫下,將除去表面氧化膜的Al、Cu片插入濃HNO3中組成原電池(圖1),測得原電池的電流強度(I)隨時間(t)的變化如圖2所示,反應過程中有紅棕色氣體產生.
0﹣t1時,原電池的負極是Al片,此時,正極的電極反應式是 , 溶液中的H+向極移動,t1時,原電池中電子流動方向發(fā)生改變,其原因是 .
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科目:高中化學 來源: 題型:
【題目】己知在堿性溶液中可發(fā)生如下反應:2R(OH)3 + 3C1O- + 4OH- = 2RO4n-+3Cl- +5H2O。則RO4n-中R 的化合價是
A. +3 B. +4 C. +5 D. +6
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科目:高中化學 來源: 題型:
【題目】向10 mL濃度均為3 mol·L-1的HNO3與H2SO4的混合溶液中加入1.92 g銅,充分反應后,設溶液體積仍為10 mL。求:
(1)產生的氣體在標準狀況下的體積是多少升?______________
(2)反應后溶液中H+ 的濃度是多少?______________
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科目:高中化學 來源: 題型:
【題目】化合物AX3和單質X2在一定條件下反應可生成化合物AX5 . 回答下列問題.
(1)已知AX3的熔點和沸點分別為﹣93.6℃和76℃,AX5的熔點為167℃.室溫時AX3與氣體X2反應生成lmol AX5 , 放出熱量123.8kJ.該反應的熱化學方程式為 .
(2)反應AX3(g)+X2(g)AX5(g)在容積為10L的密閉容器中進行.起始時AX3和X2均為0.2mol.反應在不同條件下進行,反應體系總壓強隨時間的變化如圖所示.
①下列不能說明反應達到平衡狀態(tài)的是 .
A.混合氣體的平均相對分子質量保持不變
B.混合氣體密度保持不變
C.體系中X2的體積分數(shù)保持不變
D.每消耗1molAX3同時消耗1molAX5
②計算實驗a從反應開始至達到平衡時的反應速率v(AX5)=(保留2位有效數(shù)字).
③圖中3組實驗從反應開始至達到平衡時的反應速率v(AX5)由大到小的次序為(填實驗序號);與實驗a相比,其他兩組改變的實驗條件及判斷依據(jù)是:b、c . 該反應在實驗a和實驗c中的化學平衡常數(shù)的大小關系是KaKc(填“>、<或=”),其中Kc=(保留小數(shù)點后1位).
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科目:高中化學 來源: 題型:
【題目】用如圖所示裝置進行下列實驗,能達到實驗目的的是( )
A. 瓶中盛適量濃硫酸,從A口進氣來干燥NH3
B. 從B口進氣,用排空氣法收集SO2
C. 瓶中盛滿水,從B口進氣,用排水法收集NO2
D. 瓶中盛滿水,A口連接導管并伸入量筒中,從B口進氣用排水法測量生成NO的體積,
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科目:高中化學 來源: 題型:
【題目】設NA為阿伏加德羅常數(shù)的值,下列敘述正確的是( )
A.常溫常壓下,28 g乙烯和環(huán)丁烷(C4H8)的混合氣體中含有的碳原子數(shù)為2 NA
B.4.2 g C3H6中含有的碳碳雙鍵數(shù)一定為0.1 NA
C.1 mol﹣OH中電子數(shù)為10 NA
D.標準狀況下,2.24 L CHCl3的原子總數(shù)為0.1 NA
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科目:高中化學 來源: 題型:
【題目】離子方程式BaCO3+2H+=CO2↑+H2O+Ba2+中的H+不可能來自下列物質中的是
①HCl ②H2SO4 ③HNO3 ④NaHSO4 ⑤H2CO3
A. ①③ B. ①④⑤ C. ②④⑤ D. ①⑤
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