题目内容
【题目】(1)乙基叔丁基醚(以ETBE表示)是一种性能优良的高辛烷值汽油调和剂。用乙醇与异丁烯(以IB表示)在催化剂HZSM-5催化下合成ETBE,反应的化学方程式为:C2H5OH(g)+IB(g)=ETBE(g) △H。回答下列问题:
反应物被催化剂HZSM-5吸附的顺序与反应历程的关系如图所示,该反应的△H=__________ kJ·mol-1。反应历程的最优途径是________(填C1、C2或C3)。
(2)开发清洁能源是当今化工研究的一个热点问题。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:
反应ⅰ:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH1=-99kJ·mol1
反应ⅱ:2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH2=-23.5kJ·mol1
反应ⅲ:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH3=-41.2kJ·mol1
①在该条件下,若反应1的起始浓度分别为:c(CO)=0.6mol·L1,c(H2)=1.4mol·L1,8min后达到平衡,CO的转化率为50%,则8min内H2的平均反应速率为__________。
②在t℃时,反应2的平衡常数为400,此温度下,在1L的密闭容器中加入一定的甲醇,反应到某时刻测得各组分的物质的量浓度如下:
物质 | CH3OH | CH3OCH3 | H2O |
c(mol·L1) | 0.46 | 1.0 | 1.0 |
此时刻v正___v逆(填“>”“<”或“=”),平衡时c(CH3OCH3)的物质的量浓度是___。
③催化反应室的总反应3CO(g)+3H2(g)CH3OCH3(g)+CO2(g),CO的平衡转化率α(CO)与温度、压强的关系如图所示,图中X代表___(填“温度”或“压强”),且L1___L2(填“>”“<”或“=”)。
④在催化剂的作用下同时进行三个反应,发现随着起始投料比的改变,二甲醚和甲醇的产率(产物中的碳原子占起始CO中碳原子的百分率)呈现如图的变化趋势。试解释投料比大于1.0之后二甲醚产率和甲醇产率变化的原因:______________。
【答案】-4a C3 0.075mol·L-1·min-1 > 1.2mol·L-1 温度 > 当投料比大于1时,随着c(H2)增大,反应ⅰ被促进,而反应ⅲ被抑制,c(H2O)增大,最终抑制反应ⅱ,因此甲醇的产率继续增大而二甲醚的产率减小
【解析】
(1)由图可知,反应物的总能量为5a kJ·mol-1,生成物的总能量为a kJ·mol-1,所以反应的△H= - 4 kJ·mol-1。反应历程的最优途径是C3,其所需要的活化能最小;
(2)①在该条件下,若反应ⅰ的起始浓度分别为:c(CO)=0.6mol·L1,c(H2)=1.4mol·L1,8min后达到平衡,CO的转化率为50%,则8min内H2的平均反应速率为: ;
②在t℃时,此时反应ⅱ有:,所以此时刻v正>v逆,由表中数据及反应ⅱ列出三段式,可求出加入的甲醇的量为2.46 mol,平衡时设c(CH3OCH3)的物质的量浓度为x mol/L,则有
,解得x=1.2;
③催化反应室的总反应3CO(g)+3H2(g)CH3OCH3(g)+CO2(g)是由反应式ⅰ×2+ⅱ+ⅲ而得,故该总反应的ΔH=ΔH1×2+ΔH2+ΔH3= -262.7 kJ·mol1<0,该反应是放热反应,若升温,其CO的平衡转化率会降低,该总反应是气体系数减小的反应,若增压,则CO的平衡转化率会增大,根据图的走向可知,横坐标X代表的是温度,那么L代表的是压强,根据压强增大CO的平衡转化率也增大可判断,L1>L2;
④当投料比大于1时,随着c(H2)增大,反应ⅰ被促进,而反应ⅲ被抑制,c(H2O)增大,最终抑制反应ⅱ,因此甲醇的产率继续增大而二甲醚的产率减小。
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【题目】硫酰氯(SO2Cl2)常作氯化剂或氯磺化剂,用于制作药品、染料、表面活性剂等。有关物质的部分性质如下表:
物质 | 熔点/℃ | 沸点/℃ | 其它性质 |
SO2Cl2 | -54.1 | 69.1 | ①易水解,产生大量白雾 ②易分解:SO2Cl2 |
H2SO4 | 10.4 | 338 | 吸水性且不易分解 |
实验室用干燥、纯净的二氧化硫和氯气合成硫酰氯,装置如图所示(夹持仪器已省略),请回答有关问题:
(1)仪器A冷却水的进水口为________(填“a”或“b”)。
(2)仪器B中盛放的药品是________,其目的是________________________。
(3)实验时,装置丁中发生反应的离子方程式为______________________________,当生成6.72L的氯气(标况下),转移电子的物质的量为________。
(4)装置丙中盛放的试剂是________,若缺少装置乙,对实验造成的影响是_______________。
(5)少量硫酰氯也可用液态氯磺酸(ClSO3H)低温催化分解获得,该反应的化学方程式为:2ClSO3H=H2SO4 +SO2Cl2,从分解产物中分离出硫酰氯的操作是______________。