题目内容
【题目】研究减少CO2排放是一项重要课题。CO2经催化加氢可以生成低碳有机物,主要有以下反应:
反应Ⅰ:CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) △H1=-49.6kJ/mol
反应Ⅱ:CH3OCH3(g)+H2O(g) 2CH3OH(g) △H2=+23.4kJ/mol
反应Ⅲ:2CO2(g)+6H2(g) CH3OCH3(g)+3H2O(g) △H3
(1)△H3=__________kJ/mol。
(2)恒温恒容条件下,在密闭容器中通入等物质的量的CO2和H2,发生反应Ⅰ。下列描述能说明反应Ⅰ达到平衡状态的是_____________(填序号).
A.反应体系总压强保持不变
B.容器内的混合气体的密度保持不变
C.水分子中断裂2NA个H-O键,同时氢分子中断裂3NA个H-H键
D.CH3OH和H2O的浓度之比保持不变
(3)反应Ⅱ在某温度下的平衡常数为0.25,此温度下,在密闭容器中加入等物质的量的CH3OCH3(g)和H2O(g),反应到某时刻测得各组分浓度如下:
此时,v正_________v逆 (填“>”、“<”或“=”),当反应达到平衡时,混合气体中CH3OH体积分数(CH3OH)%=_________%。
(4)反应III在不同温度、不同投料比时,CO2的平衡转化率如图所示。T1温度下,将6 mol CO2和12 mol H2充入2L的密闭容器中,5 min后反应达到平衡状态,则0~5min内的平均反应速率v(CH3OCH3)=________;平衡常数K=_____(保留小数点后一位);KA、KB、KC三者之间的由大到小关系为______。
(5)恒压下将CO2和H2按体积比1:3混合,在不同催化剂作用下发生反应Ⅰ和反应Ⅲ,在相同的时间段内CH3OH的选择性和产率随温度的变化如下图。其中:CH3OH的选择性=×100%
①温度高于230°C,CH3OH产率随温度升高而下降的原因是_______________。(答一条即可)
②在上述条件下合成甲醇的工业条件是___________________。
A.210°C B.230°C C.催化剂CZT D.催化剂CZ(Zr-1)T
【答案】-122.6 AC > 20 0.18mol·L1·min1 263.7 KA=KC>KB 反应I的△H<0,温度升高,平衡逆向移动,使CO2转化为CH3OH的平衡转化率下降; BD
【解析】
(1)根据盖斯定律可知,反应Ⅰ×2-反应ⅠⅠ=反应ⅠⅠⅠ,故△H3=[(-49.6)×2-23.4] kJ/mol=-122.6 kJ/mol,
故答案为:-122.6;
(2)反应Ⅰ正向为气体体积减小的放热反应,
A、恒温恒容条件下,气体物质的量之比等于其压强之比,该反应正向气体物质的量减小,当容器内总压不变时,气体物质的量不变,可说明反应达到平衡状态,故A符合题意;
B、该反应为全气体反应,反应过程中气体质量不变,反应是在恒容容器中进行,故气体密度始终不变,则不能判断反应是否达到平衡状态,故B不符合题意;
C、水分子中断裂2NA个H-O键,即消耗1mol水,同时氢分子中断裂3NA个H-H键,即消耗3mol氢气,反应方向不同,物质消耗之比等于其计量数之比,说明正逆反应速率相等,故可说明反应达到平衡状态,故C符合题意;
D、CH3OH和H2O均为生成物,二者系数均为1,起始浓度均为0,故任意时刻二者的浓度之比均不变,故无法说明反应达到平衡状态,
故答案为AC;
(3)该时刻的浓度熵Qc==
=
<0.25,故该反应正向进行,故v正>v逆;设从该时刻至平衡时,H2O(g)转化浓度为xmol/L,则
CH3OCH3(g)+H2O(g)2CH3OH(g)
起始(mol/L) 1.8 1.8 0.4
转化(mol/L) x x 2x
平衡(mol/L) 1.8-x 1.8-x 0.4+2x
由=0.25可解得x=0.2,n总=4mol,混合气体中CH3OH体积分数(CH3OH)%=
×100%=20%,
故答案为:>;20;
(4)由图象可知,在T1温度下,=2时,CO2平衡转化率为60%,在5min后反应处于平衡状态,故0~5min内
=
=1.8mol/L,则
=0.9mol/L,故0~5min内的平均反应速率v(CH3OCH3)=
=
= 0.18mol·L1·min1;根据转化量之比等于其其系数之比可知,平衡时,c(CO2)=1.2mol/L、c(H2)=0.6mol/L、c(CH3OCH3)=0.9mol/L、c(H2O)=2.7mol/L,则K=
=
=263.7;相同投料比下达到平衡时,CO2平衡转化率T1>T2,故T1温度下的衡常数大于T2温度下平衡常数,根据温度不变,平衡常数不变可知,KA=KC>KB,
故答案为:0.18mol·L1·min1;263.7;KA=KC>KB;
(5)①由图象可知,在230℃之前,反应还未达到平衡状态,在230℃之后,反应达到平衡状态,而反应I正向为放热反应,升高温度,平衡逆向移动,使CH3OH产率下降,
故答案为:反应I的△H<0,温度升高,平衡逆向移动,使CO2转化为CH3OH的平衡转化率下降;
②由图象可知,合成甲醇最佳条件为230℃下,在230℃下CZT催化剂对甲醇的选择性低于CZ(Zr-1)T催化剂,由此可知,最佳催化剂为CZ(Zr-1)T催化剂,
故答案为:BD。
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【题目】根据下表提供的数据,下列判断正确的是
化学式 | 电离常数 |
HF | |
HClO |
A.同温同浓度下,溶液的pH值:
B.结合的能力:
C.碳酸钠溶液中加入少量氢氟酸的离子方程式:
D.次氯酸钠溶液中通入少量二氧化碳的离子方程式: