题目内容

如图1是煤化工产业链的一部分,试运用所学知识,解决下列问题:
(1)该产业链中合成氨的反应在较低温下能否自发进行?
可以
可以

(2)已知该产业链中某反应的平衡表达式为:K=
C(H2)C(CO)
C(H2O)
,它所对应的化学反应为:
C(s)+H2O(g)?CO(g)+H2(g);
C(s)+H2O(g)?CO(g)+H2(g);

(3)已知在一定温度下,各反应的平衡常数如下:
C(s)+CO2(g)?2CO(g),K1
CO(g)+H2O(g?H2(g)+CO2(g),K2
C(s)+H2O(g)?CO(g)+H2(g),K3
则K1、K2、K3之间的关系是:
K3=K1×K2
K3=K1×K2

(4)煤化工通常通过研究不同温度下平衡常数以解决各种实际问题.已知等体积的一氧化碳和水蒸气进入反应器时,会发生如下反应:CO(g)+H2O(g)?H2(g)+CO2(g),该反应平衡常数随温度的变化如下:
温度/℃ 400 500 800
平衡常数K 9.94 9 1
该反应的正反应方向是
放热
放热
反应(填“吸热”或“放热”),若在500℃时进行,设起始时CO和H2O的起始浓度均为0.020mol/L,在该条件下,CO的平衡转化率为:
75%
75%

(5)从图中看出氨催化氧化可以制硝酸,此过程中涉及氮氧化物,如NO、NO2、N2O4等.已知NO2和N2O4的结构式分别是.已知N-N键键能为167kJ?mol-1,NO2中氮氧键的键能为466kJ?mol-1,N2O4中氮氧键的键能为438.5kJ?mol-1.请写出NO2转化为N2O4的热化学方程式为
2NO2(g)?N2O4(g)△H=-57kJ?mol-1
2NO2(g)?N2O4(g)△H=-57kJ?mol-1
.对反应N2O4(g)?2NO2(g),在温度为T1、T2时,平衡体系中NO2的体积分数随压强变化曲线如图2所示.下列说法正确的是
D
D

A.A、C两点的反应速率:A>C
B.A、C两点气体的颜色:A深,C浅
C.B、C两点的气体的平均相对分子质量:B<C
D.由状态B到状态A,可以用加热的方法
(6)以上述产业链中甲醇为燃料制成燃料电池,请写出在氢氧化钾介质中该电池的负极反应式
CH3OH+8OH--6e-═CO32-+6H2O;
CH3OH+8OH--6e-═CO32-+6H2O;
分析:(1)生产氨气的反应放出大量的热,△H<0,△S<O,△G=△H-T△S<0能自发进行;
(2)根据平衡常数的定义判断反应的方程式,注意固体和纯液体不在表达式中;
(3)根据平衡常数的表达式推断;
(4)根据温度变化平衡常数的变化判断温度对化学平衡移动的影响,进而判断反应热,利用三段式法计算转化率;
(5)根据反应热等于反应物的总键能减去生成物的总键能计算反应热,从平衡移动的角度分析各物理量的变化;
(6)甲醇具有还原性,在负极上发生氧化反应生成碳酸根离子,以此书写电极反应式.
解答:解:(1)生产氨气的反应:N2+3H2?2NH3放出大量的热,△H<0,△S<O,所以在低温下易进行△G=△H-T△S<0能自发进行,故答案为:可以;
(2)平衡常数为生成物的浓度幂之积除以反应物的浓度幂之积,平衡常数中,分子为生成物,分母为反应物,所以该反应的方程式为:C(s)+H2O(g)?CO(g)+H2(g),
故答案为:C(s)+H2O(g)?CO(g)+H2(g);
(3)根据化学方程式可知:K1=
c2(CO)
c(CO2)
,K2=
c(H2)×c(CO2)
c(CO)×c(H2O)
,K3=
c(CO)×c(H2)
c(H2O)

所以K3=
c(H2)×c(CO2)
c(CO)×c(H2O)
×
c2(CO)
c(CO2)
=
c(CO)×c(H2)
c(H2O)
=K1×K2
故答案为:K3=K1×K2
(4)由表中数据可知,随着温度的升高,平衡常数减小,说明升高温度平衡向逆反应方向移动,说明正反应为让热反应,设平衡时转化的CO为xmol/L,
利用三段式法计算:
                 CO(g)+H2O(g)?H2(g)+CO2(g),
起始(mol/L):0.020     0.020     0         0
转化(mol/L):x        x          x         x 
平衡(mol/L):0.02-x    0.02-x    x         x
则有K
c(H2)×c(CO2)
c(CO)×c(H2O)
=
x?x
(0.020-x)?(0.020-x)
=9
解之得:x=0.015,
所以转化率为
0.015mol/L
0.02mol/L
×100%=75%,
故答案为:放热,75%;
(5)反应热等于反应物的总键能减去生成物的总键能,则反应热为:△H=-2×2×466KJ/mol-(167KJ/mol+4×438.5KJ/mol)=-57KJ/mol,反应的热化学方程式为:2NO2(g)?N2O4(g)△H=-57 kJ?mol-1
对于反应N2O4(g)?2NO2(g),在温度为T1、T2时,平衡体系中NO2的体积分数随压强变化曲线如图2所示.则
A.A点压强小于C点的压强,压强越大,反应速率越大,则反应速率:A<C,故A错误;
B.增大压强,平衡向正反应移动,但浓度的增大幅度大于转化的程度,所以C点浓度大,颜色深,故B错误;
C.B、C两点二氧化氮的体积分数相同,则混合气体的平均相对分子质量相同,故C错误;
D.在相同压强下,升高温度,平衡向逆反应方向移动,则二氧化氮的体积分数增大,所以由状态B到状态A,可以用加热的方法,故D正确,
故答案为:2NO2(g)?N2O4(g)△H=-57 kJ?mol-1; D;
(6)甲醇具有还原性,在负极上发生氧化反应生成碳酸根离子,反应的电极反应式为:CH3OH+8OH--6e-═CO32-+6H2O,
故答案为:CH3OH+8OH--6e-═CO32-+6H2O;
点评:本题考查较为综合,涉及知识点较多,难度较大,易错点为(1),根据△G=△H-T△S<0能自发进行.
练习册系列答案
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如图1是煤化工产业链的一部分,试运用所学知识,解决下列问题:

(1)已知该产业链中某反应的平衡表达式为:K=
[H2][CO]
[H2O]

它所对应的化学反应为:
C(s)+H2O(g)?CO(g)+H2(g)
C(s)+H2O(g)?CO(g)+H2(g)

(2)已知在一定温度下,各反应的平衡常数如下:
C(s)+CO2(g)?2CO(g),K1                  ①
CO(g)+H2O(g)?H2(g)+CO2(g),K2        ②
C(s)+H2O(g)?CO(g)+H2(g),K3         ③
则K1、K2、K3,之间的关系是:
K3=K1×K2
K3=K1×K2

反应①的平衡常数K随温度的升高而
增大
增大
(增大/减小/不变).
一定温度下,在三个容积均为2L的容器中均进行着③反应,各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 n(C)mol n(H2O)mol n(CO)mol n(H2)mol v、v比较
0.2 0.12 1.20 0.20 v=v
0.16 0.20 0.40 0.80 v
v
简述理由:
Q=
0.2×0.4
0.1
=0.8<1=K,Q<K 平衡向正方向进行,所以v>v
Q=
0.2×0.4
0.1
=0.8<1=K,Q<K 平衡向正方向进行,所以v>v

(3)该产业链中氨催化氧化可以制硝酸,此过程中涉及氮氧化物,如NO、NO2、N2O4等.对反应N2O4(g)?2NO2(g)△H>O,在温度为T1、T2时,平衡体系中N02的体积分数随压强变化曲线如图2所示.下列说法正确的是
D
D
 
A.A、C两点的反应速率:A>C
B.A、C两点气体的颜色:A深,C浅
C.B、C两点的气体的平均相对分子质量:B<C
D.由状态B到状态A,可以用加热的方法
(4)如果(3)中的反应达到平衡后,改变某一外界条件(不改变N2O4、NO2的量),反应速率v与时间t关系如右图所示.图中t4时引起平衡移动的条件可能是
增大压强
增大压强
;图中表示平衡混合物中NO2的含量最高的一段时间是
t3~t4
t3~t4
图1是煤化工产业链的一部分,试运用所学知识,解决下列问题:
I.已知该产业链中某反应的平衡表达式为:K=
C(H2)?C(CO)
C(H2O)
,它所对应反应的化学方程式为
C(s)+H2O(g)?CO(g)+H2(g)
C(s)+H2O(g)?CO(g)+H2(g)

II.二甲醚(CH3OCH3)在未来可能替代柴油和液化气作为洁净液体燃料使用,工业上以CO和H2为原料生产CH3OCH3.工业制备二甲醚在催化反应室中(压力2.0~10.0Mpa,温度230~280℃)进行下列反应:
①CO(g)+2H2(g)
高温
CH3OH(g)△H1=-90.7kJ?mol-1
②2CH3OH(g)
高温
CH3OCH3(g)+H2O(g)△H2=-23.5kJ?mol-1
③CO(g)+H2O(g)
高温
CO2(g)+H2(g)△H3=-41.2kJ?mol-1
(1)催化反应室中总反应的热化学方程式为
3CO(g)+3H2(g)?CH3OCH3(g)+CO2(g)△H=-247KJ?mol-1
3CO(g)+3H2(g)?CH3OCH3(g)+CO2(g)△H=-247KJ?mol-1
.830℃时反应③的K=1.0,则在催化反应室中反应③的K
1.0(填“>”、“<”或“=”).
(2)在某温度下,若反应①的起始浓度分别为:c(CO)=1mol/L,c(H2)=2.4mol/L,5min后达到平衡,CO的转化率为50%,则5min内CO的平均反应速率为
0.1mol/(L?min)
0.1mol/(L?min)
;若反应物的起始浓度分别为:c(CO)=4mol/L,c(H2)=a mol/L;达到平衡后,c(CH3OH)=2mol/L,a=
5.4
5.4
mol/L.
(3)为了寻找合适的反应温度,研究者进行了一系列试验,每次试验保持原料气组成、压强、反应时间等因素不变,试验结果如图2,CO转化率随温度变化的规律是
由图表可知,温度低于240℃时,CO的转化率随着温度的升高而增大;温度高于240℃时,CO的转化率随着温度的升高而减小
由图表可知,温度低于240℃时,CO的转化率随着温度的升高而增大;温度高于240℃时,CO的转化率随着温度的升高而减小
,其原因是
在较低温时,各反应体系均未达到平衡,CO的转化率主要受反应速率影响,随着温度的升高反应速率增大,CO的转化率也增大;在较高温时,各反应体系均已达到平衡,CO的转化率主要受反应限度影响,随着温度的升高平衡向逆反应方向移动,CO的转化率减小
在较低温时,各反应体系均未达到平衡,CO的转化率主要受反应速率影响,随着温度的升高反应速率增大,CO的转化率也增大;在较高温时,各反应体系均已达到平衡,CO的转化率主要受反应限度影响,随着温度的升高平衡向逆反应方向移动,CO的转化率减小

(4)“二甲醚燃料电池”是一种绿色电源,其工作原理如图3所示.写出a电极上发生的电极反应式
CH3OCH3+3H2O-12e-=2CO2+12H+
CH3OCH3+3H2O-12e-=2CO2+12H+

如图1是煤化工产业链的一部分,试运用所学知识,解决下列问题:
(1)该产业链中合成氨的反应在较低温下能否自发进行?   
(2)已知该产业链中某反应的平衡表达式为:,它所对应的化学反应为:   
(3)已知在一定温度下,各反应的平衡常数如下:
C(s)+CO2(g)?2CO(g),K1
CO(g)+H2O(g?H2(g)+CO2(g),K2
C(s)+H2O(g)?CO(g)+H2(g),K3
则K1、K2、K3之间的关系是:   
(4)煤化工通常通过研究不同温度下平衡常数以解决各种实际问题.已知等体积的一氧化碳和水蒸气进入反应器时,会发生如下反应:CO(g)+H2O(g)?H2(g)+CO2(g),该反应平衡常数随温度的变化如下:
温度/℃400500800
平衡常数K9.9491
该反应的正反应方向是    反应(填“吸热”或“放热”),若在500℃时进行,设起始时CO和H2O的起始浓度均为0.020mol/L,在该条件下,CO的平衡转化率为:   
(5)从图中看出氨催化氧化可以制硝酸,此过程中涉及氮氧化物,如NO、NO2、N2O4等.已知NO2和N2O4的结构式分别是.已知N-N键键能为167kJ?mol-1,NO2中氮氧键的键能为466kJ?mol-1,N2O4中氮氧键的键能为438.5kJ?mol-1.请写出NO2转化为N2O4的热化学方程式为    .对反应N2O4(g)?2NO2(g),在温度为T1、T2时,平衡体系中NO2的体积分数随压强变化曲线如图2所示.下列说法正确的是   
A.A、C两点的反应速率:A>C
B.A、C两点气体的颜色:A深,C浅
C.B、C两点的气体的平均相对分子质量:B<C
D.由状态B到状态A,可以用加热的方法
(6)以上述产业链中甲醇为燃料制成燃料电池,请写出在氢氧化钾介质中该电池的负极反应式   
图1是煤化工产业链的一部分,试运用所学知识,解决下列问题:
I.已知该产业链中某反应的平衡表达式为:K=,它所对应反应的化学方程式为______.
II.二甲醚(CH3OCH3)在未来可能替代柴油和液化气作为洁净液体燃料使用,工业上以CO和H2为原料生产CH3OCH3.工业制备二甲醚在催化反应室中(压力2.0~10.0Mpa,温度230~280℃)进行下列反应:
①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)△H1=-90.7kJ?mol-1
②2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)△H2=-23.5kJ?mol-1
③CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)△H3=-41.2kJ?mol-1
(1)催化反应室中总反应的热化学方程式为______.830℃时反应③的K=1.0,则在催化反应室中反应③的K______1.0(填“>”、“<”或“=”).
(2)在某温度下,若反应①的起始浓度分别为:c(CO)=1mol/L,c(H2)=2.4mol/L,5min后达到平衡,CO的转化率为50%,则5min内CO的平均反应速率为______;若反应物的起始浓度分别为:c(CO)=4mol/L,c(H2)=a mol/L;达到平衡后,c(CH3OH)=2mol/L,a=______mol/L.
(3)为了寻找合适的反应温度,研究者进行了一系列试验,每次试验保持原料气组成、压强、反应时间等因素不变,试验结果如图2,CO转化率随温度变化的规律是______,其原因是______.
(4)“二甲醚燃料电池”是一种绿色电源,其工作原理如图3所示.写出a电极上发生的电极反应式______.

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