题目内容
【题目】2018年,美国退出了《巴黎协定》实行再工业化战略,而中国却加大了环保力度,生动诠释了我国负责任的大国形象。近年我国大力加强温室气体CO2催化氢化合成甲醇技术的工业化量产研究,实现可持续发展。
(1)已知:CO2(g)+H2(g)H2O(g) +CO(g) ΔH1 = + 41.1 kJmol-1
CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH2=-90.0 kJmol-1
写出CO2催化氢化合成甲醇的热化学方程式:_______。
(2)为提高CH3OH产率,理论上应采用的条件是_______(填字母)。
a.高温高压 b.低温低压 c.高温低压 d.低温高压
(3)250℃、在恒容密闭容器中由CO2(g)催化氢化合成CH3OH(g),如图为不同投料比[n(H2)/n(CO2)]时某反应物X平衡转化率变化曲线。
反应物X是_______(填“CO2”或“H2”)。
(4)250℃、在体积为2.0L的恒容密闭容器中加入6mol H2、2mol CO2和催化剂,10min时反应达到平衡,测得c(CH3OH) = 0.75 mol· L-1。
催化剂和反应条件与反应物转化率和产物的选择性有高度相关。控制相同投料比和相同反应时间,四组实验数据如下:
实验编号 | 温度(K) | 催化剂 | CO2转化率(%) | 甲醇选择性(%) |
A | 543 | Cu/ZnO纳米棒 | 12.3 | 42.3 |
B | 543 | Cu/ZnO纳米片 | 11.9 | 72.7 |
C | 553 | Cu/ZnO纳米棒 | 15.3 | 39.1 |
D | 553 | Cu/ZnO纳米片 | 12.0 | 70.6 |
根据上表所给数据,用CO2生产甲醇的最优选项为_______(填字母)。
(5)已知气相直接水合法可以制取乙醇:H2O(g)+C2H4(g)CH3CH2OH(g)。当n(H2O):n(C2H4)=1
①图中压强p1、p2、p3、p4的大小顺序为:_______,理由是:_______。
②气相直接水合法采用的工艺条件为:磷酸/硅藻土为催化剂,反应温度290℃,压强6.9 MPa,n(H2O):n(C2H4)=0.6:1。该条件下乙烯的转化率为5%。若要进一步提高乙烯的转化率,除了可以适当改变反应温度和压强外,还可以采取的措施有_______、_______。
【答案】3H2 (g)+CO2 (g)=CH3OH(g)+H2O(g) ΔH=-48.9 kJ/mol d CO2 B p4>p3>p2>p1 反应为气体体积减小的反应,增大压强平衡正向移动,乙烯的转化率增大,所以相同条件下,转化率越大的代表压强越大 其他条件不变,增加H2O(g)的浓度 其他条件不变,移出生成物
【解析】
(1)利用盖斯定律可知,将①+②可得:;
(2)是气体计量数减小的反应,正反应为放热反应,想要提高平衡产率,平衡需正向移动;
(3)同一反应,增加其中一种反应物的浓度,能提高另一种反应物的转化率,增大,使二氧化碳的转化率增大,而氢气的转化率降低;
(4)分别对比AB、CD实验,在同样温度下,纳米片催化剂使反应速率增加,甲醇选择性高,所以选择BD进行比较,同样催化剂条件下,温度升高,转化率升高,而甲醇的选择性却降低;
(5)①在相同温度下由于乙烯转化率为,由可知正反应为气体体积减小的反应,所以增大压强,平衡正向移动,乙烯的转化率提高,因此压强关系是;
②若要进一步提高乙烯转化率,除了可以适当改变反应温度和压强外,还可以改变物质的浓度,如从平衡体系中将产物乙醇分离出来,或增大水蒸气的浓度等。
(1)利用盖斯定律可知,将①+②可得:,则,故答案为:;
(2)是气体计量数减小的反应,正反应为放热反应,想要提高平衡产率,平衡需正向移动;
a. 高压平衡向气体计量数减小的正反应方向移动,正反应为放热反应,高温平衡向吸热的逆反应方向移动,故a错误;
b. 正反应为放热反应,低温平衡向放热的正反应方向移动,低压向气体计量数增大的逆反应方向移动,故b错误;
c. 低压向气体计量数增大的逆反应方向移动,高温平衡向吸热的逆反应方向移动,故c错误;
d. 低温平衡向放热的正反应方向移动,高压平衡向气体计量数减小的正反应方向移动,故d正确;
故答案为:d;
(3)同一反应,增加其中一种反应物的浓度,能提高另一种反应物的转化率,图示,横坐标增大,相当于不变时,增大,平衡正向移动,使二氧化碳的转化率增大,而氢气的转化率降低,所以X为,故答案为;
(4)分别对比AB、CD实验,在同样温度下,纳米片催化剂使反应速率增加,甲醇选择性高,所以选择BD进行比较,同样催化剂条件下,温度升高,转化率升高,而甲醇的选择性却降低,所以用生产甲醇的最优选项为B,故答案为:B;
(5)①在相同温度下由于乙烯转化率为,由可知正反应为气体体积减小的反应,所以增大压强,平衡正向移动,乙烯的转化率提高,因此压强关系是,故答案为:;反应为气体体积减小的反应,增大压强平衡正向移动,乙烯的转化率增大,所以相同条件下,转化率越大的代表压强越大;
②若要进一步提高乙烯转化率,除了可以适当改变反应温度和压强外,还可以改变物质的浓度,如从平衡体系中将产物乙醇分离出来,或增大水蒸气的浓度等,故答案为:其他条件不变,增加H2O(g)的浓度;其他条件不变,移出生成物。
【题目】某小组利用H2C2O4溶液和酸性KMnO4溶液反应来探究“外界条件对化学反应速率的影响”。实验时,先分别量取两种溶液,然后倒入试管中迅速振荡混合均匀,开始计时,通过褪色所需时间来判断反应的快慢。该小组设计了如下方案:
实验编号 | H2C2O4溶液 | 酸性KMnO4 | 温度 | ||
浓度(mol/L) | 体积(mL) | 浓度(mol/L) | 体积(mL) | ||
0.10 | 2.0 | 0.010 | 4.0 | 25 | |
0.20 | 2.0 | 0.010 | 4.0 | 25 | |
0.20 | 2.0 | 0.010 | 4.0 | 50 |
(1)已知反应后H2C2O4转化为CO2逸出,KMnO4转化为MnSO4,为了观察到紫色褪去,H2C2O4与KMnO4初始的物质的量需要满足的关系为n(H2C2O4):n(KMnO4)≥__。
(2)试验编号②和③探究的内容是____。
(3)实验①测得KMnO4溶液的褪色时间为40s,忽略混合前后溶液体积的微小变化,这段时同内平均反应速率v(KMnO4)=___mol·L-1·min-1。
【题目】苯甲酸钠是一种常见的食品防腐剂.实验室制备苯甲酸的反应装置图和有关数据如下:
相对分子质量 | 熔点/℃ | 沸点/℃ | 溶解性 | |
甲苯 | 92 | -94.9 | 110.6 | 难溶于水 |
苯甲酸 | 122 | 122.13 | 249 | 微溶于水 |
苯甲酸钠 | 144 | — | 249.3 | 易溶于水 |
按下列合成步骤回答问题:
(1)制备苯甲酸
在三颈瓶中加入4mL甲苯和20mL蒸馏水,再加入5mL浓硫酸,放入碎瓷片后,加热至沸腾,加入高锰酸钾,加热到甲苯层消失。将三颈瓶在冰水浴中冷却,分离出苯甲酸.
(2)制备苯甲酸钠
控制温度为70℃,向三颈瓶中加入苯甲酸和适量的的碳酸钠溶液,充分反应后停止加热.在深色的溶液中加入活性炭,并将反应混合物过滤,得到无色透明的苯甲酸钠溶液,将滤液转入蒸发皿中,加热蒸发、冷却结晶,过滤、洗涤、干燥制得苯甲酸钠晶体.
①球形冷凝管的作用是 ______ ,其进水口是 ______ 填“a”或“b”.
②三颈瓶中反应的离子方程式 ______ .
③分离苯甲酸选用的玻璃仪器是 ______ 填标号
A分液漏斗B玻璃棒C烧杯D漏斗E蒸馏烧瓶F直形冷凝管
④分离出的苯甲酸晶体中可能含有的杂质是 ______ ,为进一步提纯,应采用的方法是 ______ .
⑤控制温度为70℃的方法是 ______ .
⑥加入活性炭的作用是 ______ .