题目内容
【题目】甲醇是重要的化工原料,又可称为燃料。工业上利用合成气(主要成分为CO、CO2和H2)在催化剂的作用下合成甲醇,发生的主反应如下:
①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H
②CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H=-58 kJ/mol
③CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) △H=+41 kJ/mol
回答下列问题:
(1)已知反应①中的相关的化学键键能数据如下:
化学键 | H-H | C-O | C O | H-O | C-H |
E/(kJ.mol-1) | 436 | 343 | 1076 | 465 | x |
则x=_________。
(2)若T℃时将6molCO2和8molH2充入2L密闭容器中发生反应②,测得H2的物质的量随时间变化如图中状态Ⅰ(图中实线)所示。图中数据A(1,6)代表在1min时H2的物质的量是6mol。
①T℃时状态Ⅰ条件下,0~3min内CH3OH的平均反应速率v=_____________mol/(L·min),平衡常数K=____;
②其他条件不变时,仅改变某一条件后测得H2的物质的量随时间变化如图中状态Ⅱ所示,则改变的条件可能是_______;
③其他条件不变,仅改变温度时,测得H2的物质的量随时间变化如图中状态Ⅲ所示,则状态Ⅲ对应的温度________(填“>”“<”或“=”)T℃;
④若状态Ⅱ的平衡常数为K2,状态Ⅲ的平衡常数为K3,则K2____(填“>”“<”或“=”)K3;
⑤一定温度下,此反应在恒容容器中进行,能判断该反应达到化学平衡状态依据的是_____。
a.容器中压强不变 b.甲醇和水蒸气的体积比保持不变
c.v正(H2)=3v逆(CH3OH) d.2个C=O断裂的同时有6个H—H断裂
【答案】 413 0.28 0.5 增大压强 > > a c
【解析】试题分析:(1)根据盖斯定律:反应③+反应①=反应②,故△H=△H2-△H3=-58kJmol-1-(+41kJ.mol-1)=-99kJ.mol-1,反应热=反应物总键能-生成物总键能,故
△H1=1076kJ.mol-1+2×436kJ.mol-1-(3×x+343+465)kJ.mol-1=-99kJ.mol-1,解得:x=413;
(2)①有图表可知,3min时H2的物质的量为3mol,则H2变化物质的量为5mol,CH3OH的变化物质的量为,0~3min内CH3OH的平均反应速率v==0.28mol/(L·min);8min后反应达到平衡状态,此时H2的物质的量为2mol,变化物质的量为6mol,此时平衡状态中CO2的物质的量为4mol,CH3OH的物质的量为2mol,H2O(g)的物质的量为2mol,此时平衡常数K==0.5;
②状态Ⅱ反应速率增大,转化的氢气的物质的量多,因增大压强平衡正向移动,故应是增大压强;
③状态Ⅲ反应速率增大,但转化的氢气的物质的量少,应是升高温度,因该反应放热,升高温度平衡逆向移动,不利于氢气的转化,故状态Ⅲ对应的温度>T℃;
④状态Ⅱ与状态I相同温度下发生的反应;状态Ⅲ是升高温度,温度升高平衡逆向移动,平衡常数减小,则K2>K3;
(5)a.因气态反应物与气态生成物的系数和不等,则容器中压强不变时,是平衡状态,故a正确;b.随着反应的进行,甲醇和水蒸汽的体积比可能始终保持不变,则不一定是平衡状态,故b错误;c.当v正(H2)=3v逆CH3OH) 时,反应达到平衡状态,故b正确;d.C=O断裂和H—H断裂都说明反应正向进行,不能说明是平衡状态,故d错误;答案为ac。
【题目】某实验小组对H2O2的分解做了如下探究:下表是该实验小组研究影响H2O2分解速率的因素时
记录的一组数据:用10mL H2O2制取150mL(标准状况下)O2所需的时间(s)
30%H2O2 | 15%H2O2 | 10%H2O2 | 5%H2O2 | |
无催化剂不加热 | 几乎不反应 | 几乎不反应 | 几乎不反应 | 几乎不反应 |
无催化剂加热 | 360 | 480 | t | 720 |
MnO2催化剂加热 | 10 | 25 | 60 | 120 |
(1)①该实验小组在设计方案时,考虑了浓度、、等因素对H2O2分解速率的影响.
上述因素对H2O2分解速率的影响分别是:
②推测t(s)的范围为 .
(2)下列有关催化剂的说法中正确的是(填序号)
A.催化剂不参与反应,反应前后催化剂的性质和质量都不变
B.催化剂在化学反应前后化学性质和质量都不变
C.催化剂能使不起反应的物质发生反应
D.催化剂能改变化学反应速率
E.任何化学反应都需要催化剂
F.催化剂具有高度的选择性(或专一性)
(3)将质量相同但聚集状态不同的MnO2分别加入15mL 5%的H2O2溶液中,并用带火星的木条测试,结果如下:
催化剂MnO2 | 操作情况 | 观察结果 | 反应完成所需时间 |
粉末状 | 混合不振荡 | 剧烈反应,带火星的木条复燃 | 3.5min |
块状 | 反应较慢,火星红亮但木条未复燃 | 30min |
①写出上述实验中发生反应的化学方程式 .
②实验结果表明,催化剂的催化效果与有关.