题目内容

【题目】一碳化学是指以含一个碳原子的化合物:CO2COCH4CH3OH为初始反应物,合成一系列重要的化工原料和燃料的化学。

1CO2NH3为原料合成尿素是利用CO2的成功范例。在尿素合成塔中的主要反应可表示如下:

反应I:2NH3(g)+CO2(g)=NH2COONH4(s)H1

反应II:NH2COONH4(s)=CO(NH2)2(s)+H2O(g) H2=+72.49kJ/mol

总反应:2NH3(g)+CO2(g)==CO(NH2)2(s)+H2O(g) H3=-86.98kJ/mol

请回答下列问题:

①反应IH1=______ kJ/mol

②反应II一般在_________高温低温情况下有利于该反应的进行。

③一定温度下,在体积为固定的密闭容器中按计量比进行反应I,下列能说明反应达到了平衡状态的是__________填序号)。

A.混合气体的平均相对分子质量不再变化 B.容器内气体总压强不再变化

C.2V(NH3)=V(CO2) D.容器内混合气体的密度不再变化

④环境为真空时,在一敞开容器非密闭容器中加入NH2COONH4固体,足够长时间后,反应是否建立平衡状态? ___________

2CO2H2充入一定体积的密闭容器中,在两种温度下发生反应:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)。测得CH3OH的物质的量随时间的变化如下图。

①曲线I.II对应的平衡常数大小关系为KI_______KII“ >”“<”“=”)。

②一定温度下,在容积相同且固定的两个密闭容器中,按如下方式加入反应物,一段时间后达到平衡。

容器

反应物投入量

1molCO23molH2

amolCO2bmolH2

cmol CH3OH(g)cmolH2O(g)(abc均不为零)

若甲容器平衡后气体的压强为开始的0.8,则甲容器平衡混合气体中CH3OH(g)的体积分数为_______,要使平衡后乙容器与甲容器中相同组分的体积分数相等,且起始时维持化学反应向逆反应方向进行,乙容器中c的取值范围为________

3TiO2/Cu2Al2O4为催化剂,可以将CO2CH4直接转化成乙酸。在不同温度下催化剂的催化效率与乙酸的生成速率的关系如下图,乙酸的生成速率主要取决于温度影响的范围是________________

【答案】 -159.47 高温 BD > 12.5% 0.4<c<1 300400℃

【解析】(1)①反应Ⅰ2NH3(g)+CO2(g)=NH2CO2NH4(s)H1=a kJmol-1反应ⅡNH2CO2NH4(s) =CO(NH2)2(s)+H2O(g)H2=+72.49kJmol-1总反应Ⅲ2NH3(g)+CO2(g) =CO(NH2)2(s)+H2O(g)H3=-86.98kJmol-1由盖斯定律总反应Ⅲ-反应Ⅱ,得到2NH3(g)+CO2(g)=NH2CO2NH4(s)H1=a=-159.47kJmol-1,故答案为:-159.47

②反应ⅡNH2CO2NH4(s) =CO(NH2)2(s)+H2O(g)H2=+72.49kJmol-1,反应前后气体体积增大,S0焓变分析可知是吸热反应,H0,所以依据反应自发进行的判断依据H-TS0,需要在高温下反应自发进行,故答案为:高温;

A.反应I中反应物为气体,生成全部为固体,所以在反应前后,混合气体的平均相对分子质量保持不变,所以不能作为平衡状态的判断标志,故A错误;B.反应I中,气体的物质的量减小,所以反应的压强减小,所以容器内气体总压强不再变化时,说明反应处于平衡状态,故B正确;C.反应处于平衡状态时v(NH3)=2v(CO2),故C错误;D.反应I中,容器体积不变,气体质量减小,所以当容器内混合气体的密度不再变化时,说明反应处于平衡状态,故D正确;故选BD

④环境为真空时,在一敞开容器(非密闭容器)中加入NH2COONH4固体,发生NH2CO2NH4(s) CO(NH2)2(s)+H2O(g),水蒸气进入环境中,浓度近似为0,无论经过多长时间,反应都不会建立平衡状态,故答案为:否;

(2)II平衡时间小于I,说明II反应速率大于I,且平衡时IICH3OH的物质的量小于I,说明平衡向逆反应方向移动,则只能是升高温度,即II的温度大于I,温度越高,平衡向逆反应方向移动,导致化学平衡常数越小,所以KK,故答案为:>;

②设二氧化碳反应量为x

CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)

初始量(mol)1 3 0 0

转化量(mol)x 3x x x

平衡量(mol)1-x 3-3x x x

甲中平衡后气体的压强为开始时的0.8倍,即=0.8 解得x=0.4mol,甲容器平衡混合气体中CH3OH(g)的体积分数=物质的量分数=×100%=12.5%依题意:甲、乙为等同平衡,且起始时维持反应逆向进行,所以全部由生成物投料,c的物质的量为1molc 的物质的量不能低于平衡时的物质的量0.4mol,所以c的物质的量为:0.4c1mol,故答案为:12.5%0.4c1

(3)①温度超过250℃时,催化剂的催化效率降低,在300℃时失去活性,故以后乙酸的生成速率升高是由温度升高导致的,故乙酸主要取决于温度影响的范围为300400℃,故答案为:300400

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①检验溶液中是否含有Fe3+的最佳试剂是_________________

②为使Fe3+ 尽可能多地从水相转移至有机相,采取的操作:向水溶液中加入一定量的萃取剂,_______、静置、分液,并重复多次。

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