碳酸二甲酯(DMC)是一種近年來受到廣泛關注的環(huán)保型綠色化工產品。在催化劑作用下,可由甲醇和CO2直接合成DMC:CO2 + 2CH3OH → CO(OCH3)2 + H2O,但甲醇轉化率通常不會超過1%是制約該反應走向工業(yè)化的主要原因。某研究小組在其他條件不變的情況下,通過研究溫度、反應時間、催化劑用量分別對轉化數(TON)的影響來評價催化劑的催化效果。計算公式為:TON=轉化的甲醇的物質的量/催化劑的物質的量。
(1)已知25℃時,甲醇和DMC的標準燃燒熱分別為△H1和△H2,則上述反應在25℃時的焓變△H3=_____。
(2)根據反應溫度對TON的影響圖(下左圖)判斷該反應的焓變△H________0(填“>”、“=”或“<”),理由是________________________________。
(3)根據反應時間對TON的影響圖(上右圖),已知溶液總體積10mL,反應起始時甲醇0.25mol,催化劑0.6×10—5 mol,計算該溫度下,4~7 h內DMC的平均反應速率:________;計算10 h時,甲醇的轉化率:________。
(4)根據該研究小組的實驗及催化劑用量對TON的影響圖(下圖),判斷下列說法正確的是___ __。
a. 由甲醇和CO2直接合成DMC,可以利用價廉易得的甲醇把影響環(huán)境的溫室氣體CO2轉化為資源,在資源循環(huán)利用和環(huán)境保護方面都具有重要意義
b. 在反應體系中添加合適的脫水劑,將提高該反應的TON
c. 當催化劑用量低于1.2×10—5 mol時,隨著催化劑用量的增加,甲醇的平衡轉化率顯著提高
d. 當催化劑用量高于1.2×10—5 mol時,隨著催化劑用量的增加,DMC的產率反而急劇下降
(15分)
(1)2△H1 — △H2 (3分)
(2)< (2分) 經過相同的反應時間,溫度較低時,反應未達到平衡;溫度較高時,反應已達到平衡,隨著溫度升高,TON減小,即平衡向左移動,說明該反應放熱(3分)
(3)1×10-3 mol·L-1·h-1( 2分) 8.4×10-2 % (2分)
(4)ab(3分)
解析試題分析:
(1)根據反應①CH3OH(l)+1.5O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) ΔH1,②CO(OCH3)2(l)+3O2(g)=3CO2(g)+3H2O(l) ΔH1,根據蓋斯定律有目標反應等于①×2-②,故有ΔH3=2ΔH1-ΔH2
(2)根據圖可知,溫度升高,平衡逆向移動,故正反應放熱ΔH<0;
(3)4h,TON=20,7h,TON=30,ΔTON=10,Δ甲醇=10×0.6×10-5mol=0.6×10-4mol,速率為0.6×10-4mol÷0.01L÷3h=2×10-3 mol·L-1·h-1,10h,轉化的甲醇為35×0.6×10-5mol=2.1×10-4mol,轉化率為2.1×10-4mol÷0.25mol=8.4×10-2 %
(4)a、正確,b、減少水,使平衡正向移動,正確;cd、TON和轉化率不是一樣,錯誤;
考點:考查化學反應速率及化學平衡等相關知識。涉及新信息的獲取和解決問題能力。
科目:高中化學 來源: 題型:填空題
運用化學反應原理研究氮、硫等單質及其化合物的反應有重要意義
(1)硫酸生產過程中2SO2(g)+O2(g)2SO3(g),平衡混合體系中SO3的百分含量和溫度的關系如圖所示,根據圖回答下列問題:
①2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)的△H__________0(填“>”或“<”)。
②一定條件下,將SO2與O2以體積比2:1置于一體積不變的密閉容器中發(fā)生以上反應,能說明該反應已達到平衡的是 。
a.體系的密度不發(fā)生變化
b.SO2與SO3的體積比保持不變
c.體系中硫元素的質量百分含量不再變化
d.單位時間內轉移4 mol 電子,同時消耗2 mol SO3
e.容器內的氣體分子總數不再變化
(2)一定的條件下,合成氨反應為:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)。圖1表示在此反應過程中的能量的變化,圖2表示在2L的密閉容器中反應時N2的物質的量隨時間的變化曲線。圖3表示在其他條件不變的情況下,改變起始物氫氣的物質的量對此反應平衡的影響。
圖1 圖2 圖3
①該反應的平衡常數表達式為 ,升高溫度,平衡常數 (填“增大”或“減小”或“不變”)。
②由圖2信息,計算0~10min內該反應的平均速率v(H2)= ,從11min起其它條件不變,壓縮容器的體積為1L,則n(N2)的變化曲線為 。
③圖3 a、b、c三點所處的平衡狀態(tài)中,反應物N2的轉化率最高的是 點,溫度T1 T2(填“>”或“=”或“<”)
(3)若將等物質的量的SO2與NH3溶于水充分反應,所得溶液呈 性,所得溶液中c(H+)- c(OH-)= (已知:H2SO3:Ka1=1.7×10-2,Ka2=6.0×10-8,NH3·H2O:Kb=1.8×10-5)
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科目:高中化學 來源: 題型:填空題
工業(yè)上可利用CO或CO2來生產燃料甲醇。已知甲醇制備的有關化學反應以及在不同溫度下的化學反應平衡常數如下表所示:
化學反應 | 平衡常數 | 溫度℃ | ||
500 | 700 | 800 | ||
①2H2(g)+CO(g)CH3OH(g) | K1 | 2.5 | 0.34 | 0.15 |
②H2(g)+CO2(g) H2O (g)+CO(g) | K2 | 1.0 | 1.70 | 2.52 |
③3H2(g)+CO2(g)CH3OH(g)+H2O (g) | K3 | | | |
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科目:高中化學 來源: 題型:填空題
以黃鐵礦(主要成分是FeS2)為原料生產硫酸的工藝流程圖如下:
(1)若從下列四個城市中選擇一處新建一座硫酸廠,你認為廠址宜選在______的郊區(qū)(填標號)
A.有豐富黃鐵礦資源的城市 B.風光秀麗的旅游城市
C.消耗硫酸甚多的工業(yè)城市 D.人口稠密的文化、商業(yè)中心城市
(2)沸騰爐中發(fā)生反應的化學方程式為_____,接觸室中發(fā)生反應的化學方程式是_____。
(3) 在硫酸工業(yè)制法中,下列生產操作與說明生產操作的主要原因二者都正確的是_____。
A. 硫鐵礦燃燒前要粉碎,因為大塊的黃鐵礦不能在空氣中反應
B. 從沸騰爐出來的氣體要凈化,因為爐氣中的SO2會與雜質反應
C. SO2氧化成SO3要用催化劑,這樣可提高SO2的轉化率
D. SO3用98. 3%的濃硫酸來吸收,目的是為了防止形成酸霧,以提髙SO3吸收效率
(4) 下表是壓強對SO2平衡轉化率的影響
對于SO2轉化SO3的反應,增大壓強可使轉化率______________,但在實際工業(yè)生產中常采用常壓條件,理由是________________________________。
(5)某工廠用500t含硫量為48%的黃鐵礦制備硫酸,若在沸騰爐中有2%的FeS2損失,在接觸室中SO3的產率為96%,則可得到98%的濃硫酸的質量是_____t。
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科目:高中化學 來源: 題型:填空題
水煤氣轉化反應CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2 (g)在一定溫度下達到化學平衡狀態(tài)。
完成下列填空:
(1)寫出該反應的平衡常數表達式K=________________。
(2)一定溫度下,在一個容積不變的密閉容器中發(fā)生上述反應,下列說法中能判斷該反應達到化學平衡狀態(tài)的是 (選填編號)。
a.容器中的壓強不變 b.1 mol H-H鍵斷裂的同時斷裂2 molH-O鍵
c.v正(CO) = v逆(H2O) d.c(CO) = c(H2)
(3)將不同量的CO(g)和H2O(g)分別通入到體積為2L的恒容密閉容器中進行反應,得到如下實驗組1和實驗組2的數據:
實驗組 | 溫度/℃ | 起始量/mol | 平衡量/mol | 達到平衡所需時間/min | ||
H2O | CO | H2 | CO | |||
1 | 650 | 2 | 4 | 1.6 | 2.4 | 3 |
2 | 650 | 1 | 2 | 0.8 | 1.2 | 5 |
3 | 950 | 1 | 2 | — | — | — |
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科目:高中化學 來源: 題型:填空題
1200℃時可用反應 2BBr3(g)+ 3H2(g)2B(s) + 6HBr(g) 來制取晶體硼。完成下列填空:
(1)下列說法能說明該反應達到平衡的是______(選填序號,下同)。
a. v正(BBr3)= 3v逆(HBr) b. 2c(H2) = c(HBr)
c.密閉容器內壓強不再變化 d. 容器內氣體平均摩爾質量不再變化
(2)若密閉容器體積不變,升高溫度,晶體硼的質量增加,下列說法正確的是_________。
a. 在平衡移動時正反應速率先增大后減小
b. 在平衡移動時逆反應速率始終增大
c. 正反應為放熱反應
d. 達到新平衡后反應物不再轉化為生成物
(3)若上述反應在10L的密閉容器內反應,5min后,氣體總質量減少1.1 g,則該時間段內氫氣的平均反應速率為__________________。
(4)往容器中充入0.2 mol BBr3和一定量H2,充分反應達到平衡后,混合氣體中HBr百分含量與起始通入H2的物質的量有如圖關系。在a、b、c三點中,H2 的轉化率最高的是______(選填字母)。b點達到平衡后,再充入H2使平衡到達c點,此過程中平衡移動的方向為__________(填“正向”、“逆向”或“不移動”)。
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科目:高中化學 來源: 題型:填空題
在一定條件下,NO與NO2混合可生成N2O3,反應的化學方程式為:NO(g)+NO2(g)N2O3(g) ΔH<0
下圖表示一定量的NO、NO2混合氣體發(fā)生反應時,NO2濃度在前25s內的變化。該反應進行到45s時達到平衡,測得NO2濃度約為0.010mol/L。
(1)前20s內,NO2的平均反應速率為_________________。
(2)其他條件不變,①升高溫度,NO2的轉化率_______ (填“增大”、“減小”或“不變”)。
②壓縮氣體體積,該反應平衡向_______移動(填“正向”或“逆向”)。
(3)若反應延續(xù)至70秒,請在答題卡圖中畫出25秒至70秒的反應進程曲線。
(4)若在反應開始時加入催化劑(其他條件都不變),請在答題卡圖中畫出加催化劑后的反應進程曲線。
(5)NO、NO2的混合氣體用NaOH溶液吸收,得到的鹽只有一種,則該反應的離子方程式為:___________________________________,該反應的氧化劑是______________。
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科目:高中化學 來源: 題型:填空題
一定溫度時,在容積一定的密閉容器中,反應A(?)+B(g) C(g)+D(g)達到平衡后,升高溫度容器內氣體的密度增大。請回答下列問題:
(1)正反應是 (填“放熱”或“吸熱”)反應;該反應的化學平衡常數的表達式是 。
(2)能判斷該反應一定達到平衡狀態(tài)的依據是 。(填寫字母編號)
A.體積分數組成C%=D%
B.單位時間內生成n molA的同時生成n molC
C.溫度和體積一定時,某一生成物濃度不再變化
D.溫度和體積一定時,容器內壓強不再變化
(3)該反應的正反應速率隨時間變化的關系如圖所示。t2時改了某種條件,改變的條件是 。(填寫字母編號)
A.升溫 B.加壓 C.催化劑 D.增加A的量
(4)升高溫度到T℃時,在一密閉容器中充入2mol A和3mol B,發(fā)生上述反應。平衡后測得K=1。然后在溫度不變的情況下,擴大容器容積至原來的10倍,結果A的百分含量始終未改變,則此時B的轉化率是 。
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科目:高中化學 來源: 題型:問答題
[15分]甲烷自熱重整是先進的制氫方法,包含甲烷氧化和蒸汽重整。向反應系統(tǒng)同時通入甲烷、氧氣和水蒸氣,發(fā)生的主要化學反應有:
反應過程 | 化學方程式 | 焓變△H (kJ/mol) | 活化能Ea (kJ/mol) |
甲烷氧化 | CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(g) | -802.6 | 125.6 |
CH4(g)+O2(g)CO2(g)+2H2(g) | -322.0 | 172.5 | |
蒸汽重整 | CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) | 206.2 | 240.1 |
CH4(g)+2H2O(g)CO2(g)+4H2(g) | 165.0 | 243.9 |
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