题目内容
实施以减少能源浪费和降低废气排放为基本内容的节能减排政策,是应对全球气候问题、建设资源节约型、环境友好型社会的必然选择。化工行业的发展必须符合国家节能减排的总体要求。试运用所学知识,解决下列问题:
⑴已知某反应的平衡表达式为:
它所对应的化学反应方程式为:
⑵利用水煤气合成二甲醚的三步反应如下:
①2H2(g)+CO(g)CH3OH(g);ΔH=-90.8kJ·mol
②2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g);ΔH=-23.5kJ·mol
③CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g);ΔH=-41.3kJ·mol
总反应:3H2(g)+3CO(g)CH3OCH3(g)+CO2(g)的ΔH=__________
(3)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表所示:
温度/℃ | 400 | 500 | 800 |
平衡常数K | 9.94 | 9 | 1 |
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:。
(4)从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>0,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
E.A、C两点的化学平衡常数:A>C
(5)CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)△H=-49.0kJ·mol-1。现在温度、容积相同的3个密闭容器中,按不同方式投入反应物,保持恒温、恒容,测得反应达到平衡时的有关数据如下。下列说法正确的是
⑴C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)(2分)
⑵-246.4kJ/mol(2分)⑶放热(1分),75%(2分)⑷D(2分)(5)BDE(2分)
解析
甲醇是一种可再生能源,具有广泛的开发和应用前景。
(1)工业上一般采用下列两种反应合成甲醇:
反应Ⅰ: CO(g) + 2H2(g) CH3OH(g) ΔH1
反应Ⅱ: CO2(g) + 3H2(g) CH3OH(g) + H2O(g) ΔH2
①下表所列数据是反应Ⅰ在不同温度下的化学平衡常数(K)。
温度 | 250℃ | 300℃ | 350℃ |
K | 2.041 | 0.270 | 0.012 |
由表中数据判断ΔH1 0 (填“>”、“=”或“<”)。
②某温度下,将2 mol CO和6 mol H2充入2L的密闭容器中,充分反应,达到平衡后,测得c(CO)= 0.2 mol/L,则CO的转化率为 ,此时的温度为 (从上表中选择)。
(2)已知在常温常压下:
① 2CH3OH(l) + 3O2(g) = 2CO2(g) + 4H2O(l) ΔH1=-1451.6kJ/mol
② 2CO (g)+ O2(g) = 2CO2(g) ΔH2=-566.0kJ/mol
写出甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式:
(3)某实验小组依据甲醇燃烧的反应原理,设计如图所示的电池装置:
①该电池的能量转化形式为 。
②该电池正极的电极反应为 。
③工作一段时间后,测得溶液的pH减小,则该电池总反应的化学方程式为 。
已知:①溶液中CrO42—显黄色,Cr2O72-显橙红色
②PbCrO4难溶于水,也难溶于强酸
③H+(aq)+OH-(aq)=H2O(l); ΔH=" —a" KJ/mol
3Cl2(g)+2Cr3+(aq)+16OH-(aq)=2CrO42-(aq)+6Cl-(aq)+8H2O(l);ΔH="—b" KJ/mol
2CrO42-(aq)+2H+(aq)Cr2O72-(aq)+H2O(l);ΔH="—c" KJ/mol
平衡常数K=9.5×104 (上述a、b、c均大于0)
对上述反应⑤,取50mL溶液进行试验,部分测定数据如下:
时间(s) | 0 | 0.01 | 0.02 | 0.03 | 0.04 |
n (CrO42—)(mol) | 0.01 | 8.0×10-4 | 5.4×10-4 | 5.0×10-4 | |
n (Cr2O72—)(mol) | 0 | | 4.73×10-3 | | 4.75×10-3 |
试回答下列问题:
(1)0.02s到0.03s之间用Cr2O72-表示该反应的平均反应速率为
下列说法正确的( )
A、0.03s时V正(CrO42—)=2V逆(Cr2O72—)
B、溶液pH值不变说明该反应已达平衡状态
C、溶液中c(CrO42—):c(Cr2O72—)=2:1时该反应已达平衡状态
D、反应放热2.5×10-3c KJ时CrO42—的转化率为50%
E、升温该反应平衡常数变大
F、0.04s时加入足量的Pb(NO3)2 可使溶液由橙色变为黄色
(3)0.03s时溶液的pH=
(4)已知酸性条件下Cr2O72—将Cl-氧化为Cl2,本身被还原为Cr3+为放热反应,试写出该反应的热化学方程式:
Ⅰ.恒温,容积为1 L恒容条件下,硫可以发生如下转化,其反应过程和能量关系如图1所示(已知:2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) ΔH=-196.6 kJ·mol-1),请回答下列问题:
(1)写出能表示硫的燃烧热的热化学方程式:______________________。
(2)ΔH2=__________kJ·mol-1。
Ⅱ.工业上常利用醋酸和乙醇合成有机溶剂乙酸乙酯:
CH3COOH(l)+C2H5OH(l) CH3COOC2H5(l)+H2O(l) ΔH=-8.62 kJ·mol-1
已知CH3COOH、C2H5OH和CH3COOC2H5的沸点依次为118 ℃、78 ℃和77 ℃。在其他条件相同时,某研究小组进行了多次实验,实验结果如图所示。
(1)该研究小组的实验目的是___________________________________。
(2)60 ℃下反应40 min与70 ℃下反应20 min相比,前者的平均反应速率________后者(填“小于”、“等于”或“大于”)。
(3)如图所示,反应时间为40 min、温度超过80 ℃时,乙酸乙酯产率下降的原因可能是_________________________________(写出两条)。
Ⅲ.煤化工中常需研究不同温度下平衡常数、投料比及热值等问题。
已知:CO(g)+H2O(g) H2(g)+CO2(g)平衡常数随温度的变化如下表:
温度/℃ | 400 | 500 | 800 |
平衡常数K | 9.94 | 9 | 1 |
试回答下列问题:
(1)在800 ℃发生上述反应,以表中的物质的量投入恒容反应器,其中向正反应方向移动的有________(选填“A、B、C、D、E”)。
| n(CO) | n(H2O) | n(H2) | n(CO2) |
A | 1 | 5 | 2 | 3 |
B | 2 | 2 | 1 | 1 |
C | 3 | 3 | 0 | 0 |
D | 0.5 | 2 | 1 | 1 |
E | 3 | 1 | 2 | 1 |
①C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g) 平衡常数为K1;
②CO(g)+H2O(g) H2(g)+CO2(g) 平衡常数为K2;
则K、K1、K2之间的关系是______________________________________。
工业上在催化剂作用下可利用CO合成甲醇:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g),图1表示反应过程中能量的变化情况。
请回答下列问题:
(1)在图I中,曲线______(填“a”或“b”)表示使用了催化剂;该反应属于______(填“吸热”或“放热”)反应。
(2)为探究外界条件对合成甲醇化学反应速率的影响规律,某科技工作者设计了以下三组实验,部分数据已填人表中,请补充完整。
实验组 | T/℃ | 起始浓度/mol?L-1 | 等质量催化剂的 比表面积/m2?g-1 | |
CO | H2 | |||
① | 280 | 1.20×10-3 | 5.80×10-3 | 82 |
② | 280 | 1.20×10-3 | 5.80×10-3 | 124 |
③ | 350 | | | 124 |
其中设计实验组①和②的目的是______。
(3)“图2”所揭示的规律是:在p1压强达平衡时______;并请画出在p2压强下(p2> p1)的曲线。
(4)在碱性条件下可将合成甲醇的反应设计成原电池,则负极的电极反应式为______。