题目内容
【题目】工业上可利用CO2来制备清洁液体颜料甲醇,有关化学反应如下:
反应Ⅰ:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H1=﹣49.6kJmol-1
反应Ⅱ:CO2(g)+H2(g)H2O(g)+CO(g) △H2=+41kJmol-1
(1)反应Ⅰ在___(填“低温”或“高温”)下可自发反应。
(2)有利于提高上述反应甲醇平衡产率的条件是___。
A.高温高压 B.低温低压 C.高温低压 D.低温高压
(3)在Cu﹣ZnO/ZrO2催化下,CO2和H2混合气体,体积比1:3,总物质的量amol进行反应,测得CO2转化率、CH3OH和CO选择性随温度、压强变化情况分别如图所示(选择性:转化的CO2中生成CH3OH或CO的百分比)。
①下列说法正确的是___。
A.压强可影响产物的选择性
B.CO2平衡转化率随温度升高先增大后减小
C.由图1可知,反应的最佳温度为220℃左右
D.及时分离出甲醇和水以及使氢气和二氧化碳循环使用,可提高原料利用率
②250℃时,反应Ⅰ和Ⅱ达到平衡,平衡时容器体积为VL,CO2转化率为25%,CH3OH和CO选择性均为50%,则该温度下反应Ⅱ的平衡常数为___。
③分析图2中CO选择性下降的原因___。
【答案】低温 D ACD 增大压强,有利于反应Ⅰ平衡正向移动,使反应物浓度减小,从而使反应Ⅱ逆向移动,CO选择性下降
【解析】
根据吉布斯自由能判断反应自发进行的条件;根据平衡移动原理分析解答;根据转化率、平衡常数的表达式分析解答。
(1)对于反应CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)△H1=﹣49.6kJmol﹣1,△H<0,△S<0,则如反应能自发进行,应满足△H﹣T△S<0,低温下即可进行,故答案为:低温;
(2)反应CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)△H1=﹣49.6kJmol﹣1,由化学计量数可知,增大压强,平衡正向移动,且正反应为放热反应,降低温度,平衡正向移动,则低温高压有利于提高甲醇的产率,故答案为:D;
(3)①A.增大压强,反应Ⅰ正向移动,甲醇的产率增大,说明压强影响产物的选择性,故A正确;
B.反应Ⅰ为放热反应,生成温度,平衡逆向移动,二氧化碳的平衡转化率减小,故B错误;
C.由图1可知,反应的温度控制在220℃左右时,二氧化碳的转化率、甲醇的含量较大,CO的含量较小,升高到240℃以后,甲醇的选择性减小,则反应的最佳温度为220℃左右,故C正确;
D.及时分离出甲醇和水,可使平衡正向移动,且循环使用氢气和二氧化碳,可提供原料的利用率,故D正确,故答案为:ACD;
②在Cu﹣ZnO/ZrO2催化下,CO2和H2混合气体,体积比1:3,总物质的量amol进行反应,
250℃时,反应Ⅰ和Ⅱ达到平衡,平衡时容器体积为VL,CO2转化率为25%,CH3OH和CO选择性均为50%,由方程式可知,消耗n(CO2)= ×25%mol=mol,生成CH3OH和CO共mol,分别为mol,生成n(H2O)=mol,两个反应消耗氢气的物质的量为mol×3+mol=mol,则剩余氢气的物质的量为mol﹣mol=mol,,则反应Ⅱ的平衡常数,故答案为: ;
③对于反应Ⅱ,增大压强平衡不移动,但对应反应Ⅰ,增大压强,平衡正向移动,导致反应物的浓度降低,生成水的浓度增大,则导致反应Ⅱ平衡逆向移动,CO的选择性下降,故答案为:增大压强,有利于反应Ⅰ平衡正向移动,使反应物浓度减小,从而使反应Ⅱ逆向移动,CO选择性下降。
【题目】实验室制备己二酸的原理为:3+8KMnO4═3KOOC(CH2)4COOK+8MnO2↓+2KOH+5H2O
主要实验装置和步骤如下:
①在如图装置中加入5mL10%氢氧化钠溶液和50mL水,搅拌使其溶解,然后加入6.3g高锰酸钾,小心预热溶液到40℃。
②从恒压漏斗中缓慢滴加1.4mL环己醇,控制滴速,使反应温度维持在45℃左右,反应20min后,再在沸水浴上加热5min促使反应完全并使MnO2沉淀凝聚。
③加入适量亚硫酸氢钠固体除去多余高锰酸钾。
④通过___操作,得到沉淀和滤液,洗涤沉淀2~3次,将洗涤液合并入滤液。
⑤加热浓缩使溶液体积减少至10mL左右,趁热小心加入浓硫酸,使溶液呈强酸性(调节pH=1~2),冷却结晶、抽滤、洗涤、干燥,得己二酸白色晶体1.5g。
已知:己二酸的电离平衡常数:Ka1=3.8×10﹣5,Ka2=3.9×10-6;相对分子质量为146;其在水中溶解度如下表
温度(℃) | 15 | 34 | 50 | 70 | 87 | 100 |
己二酸溶解度(g) | 1.44 | 3.08 | 8.46 | 34.1 | 94.8 | 100 |
(1)步骤②中缓慢滴加环己醇的原因是___。
(2)步骤④划线部分操作是___、在第④、⑤布中均要求洗涤沉淀,所用洗涤液依次为___、___。
(3)步骤⑤加入浓硫酸调节pH成强酸性的原因是___。
(4)己二酸产品的纯度可用酸碱滴定法测定。取样试样ag(准确至0.0001g),置于250mL锥形瓶中,加入50mL除去CO2的热蒸馏水,摇动使试样完全溶解,冷却至室温,滴加3滴酚酞溶液,用0.1000molL-1的NaOH标准溶液滴定至微红色即为终点,消耗NaOH标准溶液体积bmL
①下列说法正确的是___。
A.称取己二酸样品质量时,先将锥形瓶放在电子天平秤盘的中央,显示数字稳定后按“去皮”键(归零键),再缓慢加样品至所需样品的质量时,记录称取样品的质量
B.摇瓶时,应微动腕关节,使溶液向一个方向做圆周运动,但是勿使瓶口接触滴定管,溶液也不得溅出
C.滴定时左手轻轻挤压玻璃球让液体自行呈线状流下
D.滴定结束后稍停1﹣2分钟,等待滴定管内壁挂有的溶液完全流下时再读取刻度数
E.记录测定结果时,滴定前仰视刻度线,滴定到达终点时又俯视刻度线,将导致滴定结果偏高
②计算己二酸纯度的表达式为___。