【題目】工業(yè)上可用CO2H2反應(yīng)合成甲醇。

已知25°C、101 kPa下:

H2(g)+1/2O2(g)=H2O (g) H1= - 242kJ/mol

CH3OH(g)+3/2O2(g) =CO2(g)+2H2O(g) H2= - 676kJ/mol

1)寫出CO2H2反應(yīng)生成CH3OH(g)H2O (g)的熱化學(xué)方程式_________________。常溫下,某實(shí)驗(yàn)中將6 mol CO28 mol H2充入2 L的密閉容器中,測得H2的物質(zhì)的量隨時(shí)間變化如圖曲線 ()所示。請完成下列問題:

2)該反應(yīng)能在________(填“高溫”或“低溫”)條件下自發(fā)進(jìn)行;從a點(diǎn)到b點(diǎn),用H2表示該反應(yīng)的平均化學(xué)反應(yīng)速率是____________。(保留兩位有效數(shù)字),a點(diǎn)逆反應(yīng)速率_____b點(diǎn)逆反應(yīng)速率(填“>”、“<”或“=”);達(dá)平衡時(shí),CO2的轉(zhuǎn)化率是_____。

3)若僅改變某一實(shí)驗(yàn)條件再進(jìn)行一次實(shí)驗(yàn),測得H2的物質(zhì)的量隨時(shí)間變化如圖中虛線()所示,曲線()對應(yīng)改變的實(shí)驗(yàn)條件可以是________(填序號(hào))

a.加催化劑 b.增大壓強(qiáng) c.升高溫度 d.增大H2濃度

4)若曲線甲b點(diǎn)達(dá)到平衡時(shí)體系壓強(qiáng)為100MPa,此時(shí)H2的平衡分壓為_______MPa(某物質(zhì)分壓=總壓×某物質(zhì)的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))

5)下列敘述能標(biāo)志該反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的是_________

aCO2H2的轉(zhuǎn)化率之比不變 bυ(生成H2) : υ(消耗H2O) = 3:1

c.混合氣體的相對分子質(zhì)量不變 d.甲醇與水蒸氣的分壓比不變

【答案】CO2(g)3H2(g) CH3OH(g)H2O(g)  ΔH= -50 kJ/mol 低溫 0.28mol/(L·min) < 33.3% b 20 ac

【解析】

(1)根據(jù)蓋斯定律對已知熱化學(xué)方程式進(jìn)行加合運(yùn)算。

(2) CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g) ΔH、ΔS的正負(fù),再根據(jù)ΔH-TΔS<0時(shí)反應(yīng)才能自發(fā)進(jìn)行,確定該反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的溫度條件。由圖像分析,初始只投入了反應(yīng)物,從正反應(yīng)開始,第8min后反應(yīng)已處于平衡狀態(tài),根據(jù)反應(yīng)速率公式=計(jì)算H2的平均反應(yīng)速率。根據(jù)逆反應(yīng)速率受生成物濃度影響分析a、b兩點(diǎn)逆反應(yīng)速率的相對大小。最后根據(jù)轉(zhuǎn)化率概念計(jì)算CO2的轉(zhuǎn)化率。

(3)從圖像分析,再一次實(shí)驗(yàn)時(shí)起始投料不變,達(dá)到平衡所需要的時(shí)間縮短,平衡時(shí)H2的物質(zhì)的量比甲曲線小,表明平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)。由此分析。

(4)根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)先計(jì)算H2平衡時(shí)物質(zhì)的量分?jǐn)?shù),再根據(jù)“某物質(zhì)分壓=總壓×某物質(zhì)的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)”得到H2的平衡分壓。

(5)根據(jù)化學(xué)平衡狀態(tài)的特征分析。

(1)給已知的熱化學(xué)方程式編號(hào)①H2(g)+O2(g)=H2O (g) H1= - 242kJ/mol。②CH3OH(g)+O2(g) =CO2(g)+2H2O(g)H2= - 676kJ/mol。根據(jù)蓋斯定律,將①×3-②得:CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g) ΔH=(- 242kJ/mol)×3-(- 676kJ/mol)= -50 kJ/mol。即所求的熱化學(xué)方程式為CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g) ΔH=-50 kJ/mol。

(2) 由反應(yīng)CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g) ΔH=-50 kJ/mol可知,該反應(yīng)ΔH<0,ΔS<0,因?yàn)橹挥挟?dāng)ΔH-TΔS<0時(shí)該反應(yīng)才能自發(fā)進(jìn)行,因此只有T值較小時(shí)(即低溫)下才可能自發(fā)進(jìn)行。由圖像知a點(diǎn)到b點(diǎn)過程中Δc(H2)==2mol/L,Δt=8min-1min=7min,則H2表示該反應(yīng)的平均反應(yīng)速率===0.28mol/(L·min)。反應(yīng)開始時(shí)生成物濃度為0,逆反應(yīng)速率為最小,反應(yīng)開始后生成物濃度逐漸增大,逆反應(yīng)速率逐漸增大,所以a、b兩點(diǎn)逆反應(yīng)速率大小關(guān)系為:a<b。由圖像可知b、c兩點(diǎn)處于平衡狀態(tài),平衡時(shí)H2的物質(zhì)的量為2mol,參加反應(yīng)的H2的物質(zhì)的量Δn(H2)=8mol-2mol=6mol,根據(jù)反應(yīng)方程式計(jì)量數(shù)得CO2的轉(zhuǎn)化量Δn(CO2)=·Δn(H2)= ×6mol=2mol,所以達(dá)平衡時(shí)CO2的轉(zhuǎn)化率=×100%=×100%=33.3%。

(3)分析圖像可知,再一次實(shí)驗(yàn)的初始投料相同,達(dá)到平衡所用時(shí)間縮短,平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)。a.催化劑不會(huì)使平衡移動(dòng),a項(xiàng)錯(cuò)誤;b.對于有氣體參加的反應(yīng),增大壓強(qiáng),反應(yīng)速率增大,平衡向氣體體積減小的方向移動(dòng),所以增大壓強(qiáng),該反應(yīng)達(dá)到平衡所用時(shí)間縮短,平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng),b項(xiàng)正確;c.升高溫度平衡向吸熱反應(yīng)方向移動(dòng),即該反應(yīng)向逆反應(yīng)方向移動(dòng),c項(xiàng)錯(cuò)誤;d.由圖像知初始時(shí)H2的濃度沒有變化,d項(xiàng)錯(cuò)誤;答案選b。

(4)曲線甲的b點(diǎn)達(dá)到平衡時(shí)H2的物質(zhì)的量為2mol,由“三段式”分析如下:

平衡時(shí)H2的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)=×100%=20%,則H2的平衡分壓=100MPa×20%=20MPa。

(5)a. 由反應(yīng)CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g)可知,反應(yīng)過程中CO2和H2轉(zhuǎn)化量之比=1:3,但初始時(shí)CO2和H2的物質(zhì)的量之比=6mol:8mol=3:4≠1:3,因此反應(yīng)過程中CO2和H2的轉(zhuǎn)化率之比≠1:3,且一直在變化,只有達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)CO2和H2的轉(zhuǎn)化率之比才不變,所以CO2與H2的轉(zhuǎn)化率之比不變,能標(biāo)志該反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài),a項(xiàng)正確;b.υ(生成H2)表示逆反應(yīng)速率,υ(消耗H2O)也表示逆反應(yīng)速率,不能確定此時(shí)反應(yīng)是否達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)。所以υ(生成H2) : υ(消耗H2O) = 3:1,不能標(biāo)志該反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài),b項(xiàng)錯(cuò)誤;c.根據(jù)質(zhì)量守恒,反應(yīng)過程中混合氣體總質(zhì)量(m)不變,由反應(yīng)方程式知,在反應(yīng)過程中混合氣體的總物質(zhì)的量(n)一直減小,根據(jù)混合氣體的相對分子質(zhì)量公式=可推知,混合氣體的相對分子質(zhì)量在反應(yīng)過程中一直在變化,只有達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)才不變,所以混合氣體的相對分子質(zhì)量不變,能標(biāo)志該反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài),c項(xiàng)正確;d.根據(jù)“某物質(zhì)分壓=總壓×某物質(zhì)的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)”可知,物質(zhì)分壓與對應(yīng)組分的物質(zhì)的量成正比,由反應(yīng)方程式計(jì)量數(shù)知,生成甲醇與水蒸氣的物質(zhì)的量之比一直等于1:1,因此反應(yīng)過程中甲醇與水蒸氣的分壓比一直不變,所以甲醇與水蒸氣的分壓比不變,不能標(biāo)志該反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài),d項(xiàng)錯(cuò)誤;答案選ac。

練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中化學(xué) 來源: 題型:

【題目】Fritz Haber在合成氨領(lǐng)域的貢獻(xiàn)距今已經(jīng)110周年,氮族元素及其化合物應(yīng)用廣泛。

(1)在基態(tài)13N原子中,核外存在__________對自旋相反的電子,核外電子占據(jù)的最高能級(jí)的電子云輪廓圖為__________形。

(2)根據(jù)價(jià)層電子對互斥理論,NH3、NO3-、NO2-中,中心原子價(jià)層電子對數(shù)不同于其他兩種粒子的是________,與NO3-互為等電子體的分子為__________。液氨中存在電離平衡2NH3NH4++NH2-,根據(jù)價(jià)層電子對互斥理論,可推知NH2-的空間構(gòu)型為__________,液氨體系內(nèi),氮原子的雜化軌道類型為________。NH3比PH3更容易液化的原因?yàn)?/span>__________________。

(3)我國科學(xué)工作者實(shí)現(xiàn)世界首次全氮陰離子(N5-)金屬鹽Co(N5)2(H2O)4·4H2O的合成,其結(jié)構(gòu)如圖所示,可知N5-的化學(xué)鍵類型有______________

(4)把特定物質(zhì)的量之比的NH4Cl和HgCl2在密封管中一起加熱時(shí),生成晶體X,其晶胞的結(jié)構(gòu)圖及晶胞參數(shù)如圖所示。則晶體X的化學(xué)式為__________,其晶體密度為__________(設(shè)阿伏加德羅常數(shù)的值為NA,列出計(jì)算式)g·cm-3。

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:

【題目】如圖所示,甲、乙兩個(gè)裝置的燒杯中分別盛有足量的CuCl2溶液。

(1)甲裝置中,Zn電極發(fā)生______反應(yīng)(填氧化還原),溶液中Cl-_____極(填“Zn”“Cu”)移動(dòng),Zn電極反應(yīng)式為_______,若反應(yīng)過程中有0.1mol電子發(fā)生轉(zhuǎn)移,則Cu極質(zhì)量增加__________

(2)乙裝置中,石墨電極C1_______極,現(xiàn)象是______C2極電極反應(yīng)式為_______,若反應(yīng)過程中陰極析出12.8gCu,則陽極產(chǎn)生的氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為________。

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:

【題目】在甲燒杯中放入鹽酸,乙燒杯中放入醋酸,兩種溶液的體積和c(H+)都相等,向兩燒杯中同時(shí)加入兩顆鋅粒,反應(yīng)結(jié)束后得到等量的氫氣,有一個(gè)燒杯中有鋅粒剩余。下列說法正確的是

A. 兩燒杯中參加反應(yīng)的鋅等量

B. 鹽酸物質(zhì)的量濃度比醋酸大

C. 乙燒杯中的鋅粒剩余

D. 甲燒杯的反應(yīng)時(shí)間更短

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:

【題目】化學(xué)反應(yīng)速率和限度與生產(chǎn)、生活密切相關(guān)。

1)某同學(xué)為了探究鋅與硫酸反應(yīng)過程中的速率變化,在 400mL 稀硫酸中加入足量的鋅粉,標(biāo)況下用排水集氣法收集反應(yīng)放出的氫氣,實(shí)驗(yàn)記錄如下(累計(jì)值):

①哪一時(shí)間段反應(yīng)速率最大_______min(填“01”、“12”“23”、“34”“45”), 原因是________

②求 34 分鐘時(shí)間段以鹽酸的濃度變化來表示的該反應(yīng)速率________設(shè)溶液體積不變)。

2)該同學(xué)在用稀硫酸與鋅制取氫氣的實(shí)驗(yàn)中,發(fā)現(xiàn)加入少量硫酸銅溶液可加快氫氣的生成速率。請回 答下列問題:

①硫酸銅溶液可以加快氫氣生成速率的原因是_______

②實(shí)驗(yàn)室中現(xiàn)有 Na2SO4、MgSO4、Ag2SO4、K2SO4 4 種溶液,可與實(shí)驗(yàn)中 CuSO4 溶液起相似作用的是_______。

③要減慢上述實(shí)驗(yàn)中氣體產(chǎn)生速率,可采取的合力措施有______________(答兩種)。

3 某溫度下在 4 L 密閉容器中,XY、Z 三種氣態(tài)物質(zhì)的物質(zhì)的量隨時(shí)間變化曲線如圖。

①該反應(yīng)的化學(xué)方程式是_______。

②該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的標(biāo)志是_______(填字母)

AY 的體積分?jǐn)?shù)在混合氣體中保持不變 BXY 的反應(yīng)速率比為 31

C.容器內(nèi)氣體壓強(qiáng)保持不變 D.容器內(nèi)氣體的總質(zhì)量保持不變E.生成 1 mol Y 的同時(shí)消耗 2 mol Z

2 min 內(nèi) Y 的轉(zhuǎn)化率為_______

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:

【題目】下列說法正確的是

A. 膠體與溶液的本質(zhì)區(qū)別在于是否可以發(fā)生丁達(dá)爾現(xiàn)象

B. 在常溫下鐵遇濃硫酸會(huì)鈍化,所以可以用鐵制容器來裝運(yùn)濃硫酸

C. 氯氣具有漂白性,可以使?jié)駶櫟挠猩紬l褪色

D. 二氧化碳通入足量澄清石灰水中,沒有白色沉淀生成

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:

【題目】一種鎂-過氧化氫燃料電池的原理為Mg + H2O2 + H2SO4=MgSO4+ 2H2O ,其裝置如圖所示。下列說法錯(cuò)誤的是

A.a極發(fā)生還原反應(yīng)B.電子由b極經(jīng)電解質(zhì)溶液流向a

C.Mg2+由右側(cè)經(jīng)過陽離子交換膜移向左側(cè)D.b極電極反應(yīng)式為Mg-2e-=Mg2+

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:

【題目】下列有關(guān)化學(xué)反應(yīng)與能量變化說法正確的是

A. 相同條件下,氫氣和氧氣反應(yīng)生成液態(tài)水比生成等量的氣態(tài)水所放出的熱量少

B. 根據(jù)如圖金剛石在一定條件下轉(zhuǎn)化成石墨提供的信息,可知生成物比反應(yīng)物穩(wěn)定,過程中向外界放出熱量為E2-E3

C. 同溫同壓下,H2g+Cl2g=2HClg)在光照和點(diǎn)燃條件下的△H不同

D. 已知:Fe2O3s+3C(石墨)=2Fes+3COg)△H=+489.0kJ·mol-1

COg+1/2O2g=CO2g)△H=-283.0kJ·mol-1

C(石墨)+O2g=CO2g)△H=-393.5kJ·mol-1

4Fes+3O2g=2Fe2O3s)△H=-1641.0kJ·mol-1

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:

【題目】中學(xué)化學(xué)中幾種常見物質(zhì)的轉(zhuǎn)化關(guān)系如下:

D溶液滴入沸水中可得到以F為分散質(zhì)的紅褐色膠體。請回答下列問題:

1)紅褐色膠體中F粒子直徑大小的范圍:___________________________________

2)寫出B的化學(xué)式:B________。

3)①H2O2分子的電子式:__________________________________。

②寫出C的酸性溶液與雙氧水反應(yīng)的離子方程式:_________________________

4)寫出鑒定E中陽離子的實(shí)驗(yàn)方法和現(xiàn)象:____________________________。

5)在C溶液中加入與C等物質(zhì)的量的Na2O2,恰好使C轉(zhuǎn)化為F,寫出該反應(yīng)的離子方程式:______________________________________________________

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