题目内容
煤直接燃烧的能量利用率较低,为提高其利用率,工业上将煤气化(转变成CO和H2)后再合成乙醇、二甲醚等多种能源。
(1)如图所示是一种酸性燃料电池酒精检测仪,具有自动吹气流 量侦测与控制的功能,非常适合进行现场酒精检测。该电池的负极反应式为______________________。
(2)煤气化所得气体可用于工业合成二甲醚,其反应如下:
2CO(g)+4H2(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)。
同时发生副反应:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g);CO(g)+H2O(g)??CO2(g)+H2(g)。
在温度为250 ℃、压强为3.0 MPa时,某工厂按投料比V(H2)∶V(CO) =a进行生产,平衡时反应体系中各组分的体积分数如下表:
物质 | H2 | CO | CO2 | (CH3)2O | CH3OH(g) | H2O(g) |
体积分数 | 0.54 | 0.045 | 0.18 | 0.18 | 0.015 | 0.03 |
①投料比a=________;
②250℃时反应CO(g)+H2O(g)

(1)CH3CH2OH+H2O-4e-=CH3COOH+4H+ (2)①1.9 ②72
解析

甲醇被称为21世纪的新型燃料,工业上通过下列反应Ⅰ和Ⅱ,用CH4和H2O为原料来制备甲醇。
(1)将1.0 mol CH4和2.0 mol H2O(g)通入反应室(容积为100 L),在一定条件下发生反应:CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)……Ⅰ,CH4的转化率与温度、压强的关系如图所示。
①已知100°C时达到平衡所需的时间为5 min,则用H2表示的平均反应速率为________。
②图中的p1________p2(填“<”“>”或“=”),100°C时平衡常数为________。
③在其他条件不变的情况下降低温度,逆反应速率将________(填“增大”“减小”或“不变”)。
(2)在压强为0.1 MPa条件下,a mol CO与3a mol H2的混合气体在催化剂作用下能自发反应生成甲醇:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)……Ⅱ。
④该反应的ΔH________0,ΔS________0(填“<”“>”或“=”)。
⑤若容器容积不变,下列措施可增加甲醇产率的是________。
A.升高温度
B.将CH3OH(g)从体系中分离
C.充入He,使体系总压强增大
D.再充入1 mol CO和3 mol H2
⑥为了寻找合成甲醇的温度和压强的适宜条件,某同学设计了三组实验,部分实验条件已经填在下面实验设计表中。请在下表空格中填入剩余的实验条件数据。
实验编号 | T(°C) | n(CO)/n(H2) | p(MPa) |
ⅰ | 150 | ½ | 0.1 |
ⅱ | ________ | ________ | 5 |
ⅲ | 350 | ________ | 5 |
t ℃时,将2 mol SO2和1 mol O2通入体积为2 L的恒温恒容密闭容器中,发生如下反应:2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g),2 min时反应达到化学平衡,此时测得反应物O2还剩余0.8 mol,请填写下列空白:
(1)从反应开始到化学平衡,生成SO3的平均反应速率为________;平衡时SO2转化率为________。
(2)下列叙述能证明该反应已达到化学平衡状态的是(填标号,下同)________。
A.容器内压强不再发生变化 |
B.SO2的体积分数不再发生变化 |
C.容器内气体原子总数不再发生变化 |
D.相同时间内消耗2n mol SO2的同时消耗n mol O2 |
(3)t2℃时,若将物质的量之比n(SO2)∶n(O2)=1∶1的混合气体通入一个恒温恒压的密闭容器中,反应达到平衡时,混合气体体积减少了20%。SO2的转化率为________。
氨基甲酸铵常用于生产医药试剂、发酵促进剂、电子元件等,是一种可贵的氨化剂。某学习小组研究在实验室中制备氨基甲酸铵的化学原理。
(1)将体积比为2:1的NH3和CO2混合气体充入一个容积不变的真空密闭容器中,在恒定温度下使其发生反应并达到平衡:2NH3(g)+CO2(g) NH2COONH4(s)
将实验测得的不同温度下的平衡数据列于下表:
温度(℃) | 15.0 | 20.0 | 25.0 | 30.0 | 35.0 |
平衡总压强(kPa) | 5.7 | 8.3 | 12.0 | 17.1 | 24.0 |
平衡气体总浓度 (10-3mol/L) | 2.4 | 3.4 | 4.8 | 6.8 | 9.4 |
①上述反应的的焓变:?H 0,熵变?S 0(填“>”、“<”或“=”)
根据表中数据,计算出25.0℃时2NH3(g)+CO2(g)

③若从已达平衡状态的上述容器中分离出少量的氨基甲酸铵晶体,反应物的转化率将 (填“增大”、“减小”或“不变”)。
(2)氨基甲酸铵极易水解:NH2COONH4+2H2O


水煤气是一种高效气体燃料,其主要成分是CO和H2,可用水蒸气通过炽热的碳制得:C (s)+H2O(g)CO (g)+H2 (g) ΔH="+131" kJ·mol-1
(1)T温度下,四个容器中均进行着上述反应,各容器中碳足量,其他物质的物质的量浓度及正、逆反应速率关系如下表所示。请填写表中相应的空格。
容器 编号 | c(H2O) /mol·L-1 | c(CO) /mol·L-1 | c(H2) /mol·L-1 | v正、v逆比较 |
Ⅰ | 0.06 | 0.60 | 0.10 | v正=v逆 |
Ⅱ | 0.06 | 0.50 | 0.40 | ① |
Ⅲ | 0.12 | 0.40 | 0.80 | v正<v逆 |
Ⅳ | 0.12 | 0.30 | ② | v正=v逆 |
① ,② 。
在T温度下该反应的化学平衡常数为 。
(2)另有一个容积可变的密闭容器。恒温恒压下,向其中加入1.0 mol碳和1.0 mol水蒸气 (H2O),发生上述反应,达到平衡时,容器的体积变为原来的1.25 倍。平衡时水蒸气的转化率为 ;向该容器中补充a mol 碳,水蒸气的转化率将 (填 “增大”、“减小”或“不变”)。
(3)在一定条件下用水煤气能合成甲醇:CO(g)+2H2(g)

在80℃时,将0.40mo1的N2O4气体充入2L已经抽空的固定容积的密闭容器中,发生如下反应:N2O42NO2 △H>0,隔一段时间对该容器内的物质进行分析,得到如下数据:
t/s n/mol | 0 | 20 | 40 | 60 | 80 | 100 |
n(N2O4) | 0.40 | a | 0.20 | c | d | e |
n(NO2) | 0.00 | 0.24 | b | 0.52 | 0.60 | 0.60 |
(2)计算在80℃时该反应的平衡常数K= (请注明单位)。
(3)反应进行至100s后将反应混合物的温度升高,混合气体的颜色 (填“变浅”“变深”或“不变”)。
(4)要增大该反应的K值,可采取的措施有 (填序号)。
A.增大N2O4的起始浓度
C.使用高效催化剂
B.向混合气体中通入NO2
D.升高温度
(5)如图是80℃时容器中N2O4物质的量的变化曲线,请在该图中补画出(不用计算,定性处理)该反应在60℃时N2O4物质的量的变化曲线。
