题目内容

甲醇是一种重要的可再生能源,工业上可用CO和H2合成。
(1)已知:CO(g)+1/2O2(g)=CO2(g) △H=—283 kJ·mol—1
CH3OH(l)+3/2O2(g)=CO2(g) +2H2O(l) △H=—725kJ·mol—1
若要求得CO(g)+2H2(g)=CH3OH(l)的△H,还需要知道反应(用化学方程式表示)                                的焓变。
(2)在Cu2O/ZnO做催化剂的条件下,将CO(g)和H2(g)充入容积为2L的密闭容器中合成CH3OH(g),反应过程中,CH3OH的物质的量(n)与时间(t)及温度的关系如图。

根据题意回答下列问题:
①反应达到平衡时,平衡常数表达式K=       
升高温度,K值          (填“增大”、“减小”
或“不变”)。
②在500℃,从反应开始到平衡,氢气的平均反应速率v(H2)=                
③若其它条件不变,对处于Z点的体系,将体积压缩至原来的1/2,达到新的平衡后,下列有关该体系的说法正确的是           
a.氢气的浓度与原平衡比减少        b.正、逆反应速率都加快
c.甲醇的物质的量增加              d.重新平衡时n(H2) /n(CH3OH)增大
④据研究,反应过程中起催化作用的为Cu2O,反应体系中含少量的CO2有利于维持Cu2O的量不变,原因是:                                  (写出相关的化学方程式并辅以必要的文字说明)。

(1)2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)(只要写对反应式即给1分。没配平扣1分,没标明状态扣1分,若二者都存在只扣1分。)
(2)①; 减小。②0.2mol·L—1·s—1(没有单位或错扣1分)。③bc(各1分。填错一个倒扣1分,不出现负分。)。
④Cu2O+CO2Cu+CO2,体系中有CO2可以抑制Cu2O被还原。(3分。化学方程式给1分,文字说明給2分。若化学方程式用可逆号,文字说明只要从化学平衡角度回答都给分。若说明CO2与Cu反应生成Cu2O也给分。)

解析试题分析:(1)所求反应中有H2存在,CO2和H2O都是中间产物,结合盖斯定律,可推得还需要的反应为2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)的焓变;
(2)①根据反应,其平衡常数表达式,结合图像,可知升高温度,甲醇含量降低,平衡向逆反应方向移动,说明该反应是放热反应,故升高温度,K值减小;
②在500℃,从反应开始到平衡,甲醇增加了0.4 mol,H2消耗了0.8 mol,则氢气的平均反应速率v(H2)==0.2 mol·L—1·s—1
③Z点处于平衡状态,将体积压缩至原来的1/2,相当于加压了,平衡正向移动,依次进行解答;
a、各物质的浓度均比原来增大了,错误;
b、浓度增大导致正、逆反应速率都加快,正确;
c、因平衡正向移动,甲醇的物质的量增加,正确;
d、因平衡正向移动,氢气减少,甲醇增加,所以n(H2) /n(CH3OH)将减小,错误;
④二氧化碳有利于抑制反应 Cu2O+CO2Cu+CO2向正反应方向移动,维持Cu2O的量不变,。
考点:考查盖斯定律,化学平衡常数,化学平衡移动影响因素。

练习册系列答案
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二甲醚(DME)被誉为“21世纪的清洁燃料”。由合成气制备二甲醚的主要原理如下:
① CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)         △H 1=-90.7 kJ·mol-1
② 2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)  △H 2=-23.5 kJ·mol-1
③ CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)      △H 3=-41.2kJ·mol-1
回答下列问题:
(1)则反应3H2(g)+3CO(g)CH3OCH3(g)+CO2(g)的△H=   kJ·mol-1
(2)下列措施中,能提高CH3OCH3产率的有   
A.使用过量的CO          B.升高温度             C.增大压强 
(3)反应③能提高CH3OCH3的产率,原因是   
(4)将合成气以n(H2)/n(CO)=2通入1 L的反应器中,一定条件下发生反应:
4H2(g)+2CO(g) CH3OCH3(g)+H2O(g) △H,其CO的平衡转化率随温度、压强变化关系如图1所示,下列说法正确的是   
A.△H <0     
B.P1<P2<P3 
C.若在P3和316℃时,起始时n(H2)/n(CO)=3,则达到平衡时,CO转化率小于50%[
(5)采用一种新型的催化剂(主要成分是Cu-Mn的合金),利用CO和H2制备二甲醚。观察图2回答问题。催化剂中n(Mn)/n(Cu)约为   时最有利于二甲醚的合成。
(6)图3为绿色电源“二甲醚燃料电池”的工作原理示意图,a电极的电极反应式为   

图1                       图2                      图3     
(7)甲醇液相脱水法制二甲醚的原理是:CH3OH +H2SO4→CH3HSO4+H2O,
CH3 HSO4+CH3OH→CH3OCH3+H2SO4。与合成气制备二甲醚比较,该工艺的优点是反应温度低,转化率高,其缺点是   

我国工业上主要采用以下四种方法降低尾气中的含硫量:

方法1
燃煤中加入石灰石,将SO2转化为CaSO3,再氧化为CaSO4
方法2
用氨水将SO2转化为NH4HSO3,再氧化为(NH4)2SO4
方法3
高温下用水煤气将SO2还原为S
方法4
用Na2SO3溶液吸收SO2,再电解转化为H2SO4
 
(1)方法1中已知:① CaO(s)+CO2(g)=CaCO3(s)  ΔH=-178.3 kJ/mol
②CaO(s)+SO2(g)=CaSO3(s) ΔH=-402.0 kJ/mol 
③2CaSO3(s)+O2(g)=2CaSO4(s) ΔH=-2314.8 kJ/mol
写出CaCO3与SO2反应生成CaSO4的热化学方程式:____;此反应的平衡常数表达式为:_____。

(2)方法2中最后产品中含有少量(NH4)2SO3,为测定(NH4)2SO4的含量,分析员设计以下步骤:
①准确称取13.9 g 样品,溶解;
②向溶液中加入植物油形成油膜,用滴管插入液面下加入过量盐酸,充分反应,再加热煮沸;
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④进行两步实验操作;
⑤称量,得到固体23.3 g,计算。
步骤②的目的是:_____。步骤④两步实验操作的名称分别为:  _____、_____。样品中(NH4)2SO4的质量分数:____(保留两位有效数字)。
(3)据研究表明方法3的气配比最适宜为0.75[即煤气(CO、H2的体积分数之和为90%)∶SO2烟气(SO2体积分数不超过15%)流量=30∶40]。用平衡原理解释保持气配比为0.75的目的是:_____。
(4)方法4中用惰性电极电解溶液的装置如图所示。阳极电极反应方程式为_____。

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