题目内容
【题目】为应对全球石油资源口益紧缺。提高煤的利用效率,我国开发了煤制烃技术,并进入工业化试验阶段。
(1)煤气化制合成气(CO和H2):C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) ΔH=+131.3kJ/mol该反应在高温下能自发进行,理由是_____________。
(2)由合成气制甲醇:合成气CO和H2在一定条件下能发生如下反应:
主反应I.CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)
反应II.CO(g)+H2(g)C(s)+H2O(g)
①在容积均为VL的甲、乙、丙三个密闭容器中分别充入amolCO和2 amolH2,三个容器的反应温度分别为T1、T2、T3(T1<T2<T3)且恒定不变,若只发生反应I,在其他条件相同的情况下,实验测得反应均进行到tmin时CO的体积分数如图所示,此时三个容器中一定处于化学平衡状态的是_____(填“T1”、“T2”或“T3”):该温度下的化学平衡常数为_____(用a、V表示)。
②为减弱副反应的发生,下列采取的措施合理的是______。
A.反应前加入少量的水蒸气 B.增压
C.降低反应温度 D.使用合适催化剂,提高甲醇的选择性
(3)由甲醇制烯烃
主反应:i.2CH3OHC2H4+2H2O
ii.3CH3OHC3H6+3H2O
副反应:iii.2CH3OHCH3OCH3+H2O
某实验室控制反应温度为400℃,在相同的反应体系中分别填装等量的两种催化剂(Cat.1和Cat.2),以恒定的流速通入CH3OH,在相同的压强下进行两种催化剂上甲醇制烯烃的对比研究。得到如图实验数据:(选择性:转化的甲醇中生成乙烯和丙烯的百分比)
下列说法不正确的是_________。
A.反应进行一段时间后甲醇的转化率减小,可能的原因是催化剂失活,工业生产中需定期更换催化剂
B.使用Cat.2反应2h后乙烯和内烯的选择性下降,可能的原因是生成副产物二甲醚
C.使用Cat.1产生的烯烃主要为丙烯,使用Cat.2产生的烯烃主要为乙烯
D.不管使用Cat.1还是使用Cat.2都能提高活化分子的百分数
(4)已知:2CrO42-+2H+Cr2O72-+H2O。以铬酸钾为原料,电化学法备重铬酸钾的实验装置示意图如下
①a为电源的________(填“正极”或“负极”)
②该制备过程总反应的化学方程式为_________。
【答案】△H>0,△S>0 T3 AD C 负极 4K2CrO4+4H2O2K2Cr2O7+2H2↑+O2↑+4KOH
【解析】
(1)在高温下能自发进行,根据△G=△H-T△S<0判断;
(2)①反应是从正反应方向开始,随着反应的进行,反应物不断消耗,反应物的物质的量逐渐减小,当达到平衡后,若升高温度,反应物的物质的量增多,说明反应达到平衡;根据平衡时CO的含量,计算出各种物质的平衡时的物质的量,结合容器的容积,计算出各种物质的浓度,带入平衡常数表达式即可;
②从平衡移动角度分析影响反应发生的因素;
(3) A.当催化剂失活后,副产物增多,甲醇的转化率下降;
B.使用Cat.2时,随反应不断进行,生成的副产物二甲醚增多,会导致生成乙烯和丙烯的选择性下降;
C.由图示可知,使用Cat.1时丙烯与乙烯的比值随时间增长不断减小,说明乙烯增多;
D.催化剂能降低反应活化能,提高活化分子的百分数;
②根据图象曲线变化可知,在催化剂Cat.1的作用下,催化效果更好,催化剂能降低反应的活化能,说明使用催化剂Cat.1的反应过程中活化能更低
(4)H+在阴极获得电子变为H2,OH-在阳极失去电子变为O2,阴极连接电源的负极,阳极连接电源正极。根据溶液成分,结合电极反应式书写反应方程式。
(1)在高温下反应能自发进行,根据△G=△H-T△S<0,由于该反应中△H>0,所以△S>0;
(2)①该反应是从正反应方向开始,随着反应的进行,反应物不断消耗,反应物的物质的量会逐渐减小,当反应达到平衡后,若升高温度,该反应物的物质的量又增多,说明反应达到平衡,升高温度使化学平衡发生移动所致。根据图示可知T3时达到平衡状态;根据平衡常数表达式,将各种物质的平衡浓度带入公式可得其数值。
CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)
n(始)mol a 2a 0
n(变)mol x 2x x
n(平)mol a-x 2a-2x x
,解得x=,所以平衡时n(CO)=mol,n(H2)=mol,n(CH3OH)=mol,所以在T3时该反应的化学平衡常数K=L2/mol2。
②A.反应前加入少量的水蒸气,副反应CO(g)+H2(g)C(s)+H2O(g)中由于生成物浓度增大,平衡逆向移动,减少副反应的发生,A正确;
B.副反应是气体体积减小的反应,增大压强,平衡正向移动,促进了副反应的发生,B错误;
C.副反应CO(g)+H2(g)C(s)+H2O(g)的正反应是放热反应,降低反应温度 ,平衡正向移动,促进了副反应的发生,C错误;
D.使用合适催化剂,提高甲醇的选择性,使更多CO发生主反应,可以减少副反应的发生,D正确;
故合理选项是AD;
(3)A.当催化剂失活后,副产物增多,甲醇的转化率下降,需要及时更换催化剂,A正确;
B.使用Cat.2时,随反应的不断进行,生成的副产物二甲醚增多,导致生成乙烯和丙烯的选择性下降,B正确;
C.由图示可知,使用Cat.1时丙烯与乙烯的比值随时间增长不断减小,说明乙烯增多,即使用Cat.1时主要生成乙烯,而使用Cat.2时,产物中乙烯的含量明显大于丙烯,可见使用Cat.2时产生的烯烃也主要为乙烯,C错误;
D.使用催化剂能降低反应活化能,提高活化分子的百分数,D正确;
故合理选项是C。
(4)①在KOH、K2CrO4溶液中含有的阳离子是有H+、K+,由于放电能力H+>K+,所以H+在阴极获得电子变为H2;溶液中含有的阴离子OH-在阳极失去电子变为O2。阴极连接电源的负极,阳极连接电源正极,所以a为负极,b为正极。
②+在阴极放电产生H2逸出,使附近溶液中c(OH-)增大,溶液的碱性增强,在阳极上溶液中的OH-放电产生O2放出,阳极附近c(H+)增大,平衡2CrO42-+2H+Cr2O72-+H2O正向移动,可反应产生Cr2O72-,所以根据电子守恒、原子守恒,可得该电解反应的总反应方程式为4K2CrO4+4H2O2K2Cr2O7+2H2↑+O2↑+4KOH。
【题目】在10 L的密闭容器中,进行如下化学反应:
CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)
其化学平衡常数K和温度t的关系如下表:
t/℃ | 700 | 800 | 830 | 1000 | 1200 |
K | 0.6 | 0.9 | 1.0 | 1.7 | 2.6 |
请回答:
(1)该反应为____________(填“吸热”或“放热”)反应。
(2)该反应的化学平衡常数表达式为K =_________________________________。
(3)能说明该反应达到化学平衡状态的是________________(填字母)。
A.容器中压强不变 B.混合气体中 c(CO)不变
C.υ正(H2)=υ逆(H2O) D.c(CO2)=c(CO)
(4)某温度下,将CO2和H2各0.10 mol充入该容器中,达到平衡后,
测得 c(CO) = 0.0080 mol/L ,则CO2的转化率为______________。
(5)某温度下,平衡浓度符合下式:c(CO2)·c(H2)=c(CO)·c(H2O),试判断此时的温度为 ___________℃。