题目内容
我国有丰富的天然气资源。以天然气为原料合成尿素的主要步骤如下图所示(图中某些转化步骤及生成物未列出):
(1)“造合成气”发生的热化学方程式是CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g);△H>0
在恒温恒容的条件下,欲提高CH4的反应速率和转化率,下列措施可行的是 。
A、增大压强 B、升高温度 C、充入He气 D、增大水蒸气浓度
(2)“转化一氧化碳”发生的方程式是H2O(g) +CO(g) H2(g)+CO2(g),该反应平衡常数随温度的变化如下:
温度/℃ | 400 | 500 | 800 |
平衡常数K | 9.94 | 9 | 1 |
提高氢碳比[ n(H2O)/n(CO)],K值 (填“增大”、“不变”或“减小”);若该反应在400℃时进行,起始通入等物质的量的H2O和CO,反应进行到某一时刻时CO和CO2的浓度比为1∶3,此时v(正) v(逆)(填“>”、“=”或“<”)。
(3)有关合成氨工业的说法中正确的是 。
A、该反应属于人工固氮
B、合成氨工业中使用催化剂能提高反应物的利用率
C、合成氨反应温度控制在500℃左右,目的是使化学平衡向正反应方向移动
D、合成氨工业采用循环操作的主要原因是为了加快反应速率
(4)生产尿素过程中,理论上n(NH3)∶n(CO2)的最佳配比为 ,而实际生产过程中,往往使n(NH3)∶n(CO2)≥3,这是因为 。
(5)当甲烷合成氨气的转化率为60%时,以3.0×108 L甲烷为原料能够合成 L 氨气。(假设体积均在标准状况下测定)
(1)B D (选对1个得1分,只要选错得0分)
(2)不变;> (3)A
(4)2:1;有利于提高CO2的转化率,因为NH3极易溶于水,便于分离、回收利用
(5)4.8×108
解析试题分析:(1)A、增大压强,反应速率加快,平衡向逆反应方向移动,甲烷的转化率降低,故A错误;
B、升高温度,反应速率加快,平衡向正反应方向移动,甲烷的转化率增大,故B正确;
C、充入He气,反应混合物的浓度不变,反应速率不变,平衡不移动,甲烷的转化率不变,故C错误;
D、增大水蒸气浓度,反应速率加快,平衡向逆反应方向移动,甲烷的转化率增大,故D正确;
故答案为:BD;
(2)平衡常数只受温度影响,与反应物的浓度无关,提高氢碳比(2)平衡常数只受温度影响,与反应物的浓度无关,提高氢碳比,K值不变;
令开始H2O和CO的物质的量都是1mol,某一时刻时CO和CO2的浓度比为1:3,设此时参加反应CO为xmol,则(1-x):x=1:3,解得x=0.75,则:
H2O(g)+CO(g)H2(g)+CO2(g),
开始(mol):1 1 0 0
变化(mol):0.75 0.75 0.75 0.75
某时刻(mol):0.25 0.25 0.75 0.75
故产生浓度商Qc=<9.94,反应向正反应进行,故v(正)>v(逆),
故答案为:不变;>;
(3)A.固氮指由游离态的氮转化为化合态的氮,合成氨属于人工固氮,故A正确;
B.催化剂加快反应速率,不能影响平衡移动,不能提高反应物的利用率,故B错误;
C.该反应正反应是放热反应,高温不利用氨气的合成,合成氨反应温度控制在500℃左右,在该温度下反应速率较快、催化剂活性较高,故C错误;
D.合成氨工业采用循环操作,目的是提高原料的利用率,故D错误;
故答案为:A;
(4)根据尿素的化学式CO(NH2)2,C、N原子完全利用最后,由C、N原子守恒可知生产尿素过程中,理论上n(NH3):n(CO2)的最佳配比为2:1;
往往使n(NH3):n(CO2)≥3,这是由于:有利于提高CO2的转化率,且NH3极易溶于水,便于分离、回收利用;
故答案为:2:1;有利于提高CO2的转化率,且NH3极易溶于水,便于分离、回收利用;
(5)由CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g),N2(g)+3H2(g)2NH3(g),可得CH4(g)~3H2(g)~2NH3(g),设能够合成氨气的体积为VL,则:
CH4(g)~3H2(g)~2NH3(g),
1 2
3.0×108L×60% VL
故V=3.0×108L×60%×2=3.6×108L
合成气的反应中:CH4 ~ CO ~ 3H2,
3.0×108L×60% 3.0×108L×60% 3.0×108L×60%×3
分离二氧化碳过程生成的H2体积:CO ~ H2,
3.0×108L×60% 3.0×108L×60%
所以产生的氢气的总体积为3.0×108L×60%×3+3.0×108L×60%=12×108L×60%
令产生氨气的体积为V,则:
3H2 ~ 2NH3
3 2
12×108L×60% V
故V=12×108L×60%×2/3
=4.8×108L
故答案为:4.8×108.
考点:化学平衡的影响因素;化学平衡的调控作用
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)上述正向反应是 反应 (填“放热”或“吸热”)
(2)要使上述反应的逆反应速率增大且平衡正反应方向移动,下列措施不可行的有
A、加入催化剂 B、增大CO的物质的量以提高体系的压强
C、降低温度 D、减小H2的浓度
(3)向某密闭容器中充入2molCO和4molH2O(g),发生反应:CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g),当反应达平衡时,CO的体积分数为X,若维持容器的体积和温度不变,起始物质按下列四种配比充入该容器中,达到平衡时CO的体积分数不等于X的有
A、1molCO(g)+4molH2O+2molCO2(g)+2molH2(g) B、2molCO(g)+2molH2O+2molCO2(g)+2molH2(g)
C、1molCO(g)+3molH2O+0.8molCO2(g)+0.8molH2(g) D、1molCO(g)+3molH2O+1molCO2(g)+1molH2(g)
(4)若反应在800℃时进行,设起始CO和H2O(g)共为5mol,水蒸气的体积分数为X;平衡时CO的转化率为y,则y随x变化的函数关系式为y=
(5)在VL密闭容器中通入10mol CO和10mol水蒸气,在T℃达到平衡,然后急速通过碱石灰,将所得混合气体燃烧,测得放出的热量为2845KJ(已知CO燃烧热为283KJ/mol,H2燃烧热为286KJ/mol),则T℃平衡常数K= ,T= K(0℃时T=273K)
在一定体积的密闭容器中,进行如下反应:A(g) B(g)+C(g),其化学平衡常数K和温度t的关系如下表所示:
toC | 700 | 800 | 830 | 1000 | 1200 |
K | 0.6 | 0.9 | 1.0 | 1.7 | 2.6 |
回答下列问题:
(1)该反应化学平衡常数的表达式:K= 。
(2)在下图中用实线画出该反应的能量变化曲线,同时在此基础上用虚线画出加入催化剂后的能量变化曲线。
(3)一定温度和体积下,下列说法中能说明该反应达平衡状态的是 。
①容器内压强不变
②混合气体中c(C)不变
③混合气体的密度不变
④v(A)=v(B)
⑤化学平衡常数K不变
⑥混合气体平均式量不变
(4)反应时间(t)与容器内气体A的浓度数据见下表
时间t/min | 0 | 1 | 2 | 4 | 8 | 16 | 20 |
C(A)/(mol·L-1) | 10.4 | 8.6 | 7.5 | 6.6 | 5.9 | 5.5 | 5.5 |
回答下列问题:
①2~4min内,B的平均速率为 。
②反应达平衡时,A的转化率为 。
③欲提高A韵平衡转化率,可以采取的措施有 。
如图是煤化工产业链的一部分,试运用所学知识,解决下列问题:
(1)已知该产业链中某反应的平衡常数表达式为:,它所对应反应的化学方程式是
_________________________________。
(2)合成甲醇的主要反应是:2H2(g)+CO(g)CH3OH(g)+90.8kJ,t℃下此反应的平衡常数为160。此温度下,在密闭容器中开始只加入CO、H2,反应l0min后测得各组分的浓度如下:
物质 | H2 | CO | CH3OH |
浓度(mol/L) | 0.2 | 0.1 | 0.4 |
①该时间段内反应速率v(H2)=
②比较此时正、逆反应速率的大小:v正 v逆(填“>”、“<”或“=”)
③反应达到平衡后,保持其它条件不变,若只把容器的体积缩小一半,平衡向 (填“逆向”、“正向”或“不”)移动,平衡常数K (填“增大”、“减小” 或“不变”)。
(3)固氮是科学家致力研究的重要课题。自然界中存在天然的大气固氮过程:N2 (g) + O2 (g) →2NO (g) -180.8 kJ,工业合成氨则是人工固氮。分析两种固氮反应的平衡常数,下列结论正确的是 。
反应 | 大气固氮 | 工业固氮 | ||||
温度/℃ | 27 | 2000 | 25 | 350 | 400 | 450 |
K | 3.84×10-31 | 0.1 | 5×108 | 1.847 | 0.507 | 0.152 |
A.常温下,大气固氮很难进行,而工业固氮却能非常容易进行
B.模拟大气固氮应用于工业上的意义不大
C.工业固氮时温度越低,氮气与氢气反应越完全
D.K越大说明合成氨反应的速率越大
工业上可以利用废气中的CO2为原料制取甲醇,其反应方程式为:CO2+3H2CH3OH+H2O。请回答下列问题:
(1)已知常温常压下下列反应的能量变化如下图所示:
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该反应的△S____0(填“>”或“<”或“=”),在 ______情况下有利于该反应自发进行。
(2)如果上述反应方程式的平衡常数K值变大,则该反应__ (选填编号)。
A.一定向正反应方向移动 B.在平衡移动时正反应速率先增大后减小
C.一定向逆反应方向移动 D.在平衡移动时逆反应速率先减小后增大
(3)如果上述反应在体积不变的密闭容器中发生,能说明反应已达到平衡状态的是 __ (选填编号)。
A.3v正(H2)=v逆(CO2) B.C(H2) = C(CO2)
C.容器内气体的密度不变 D.容器内压强不变
(4)若反应的容器容积为2.0L,反应时间4.0 min,容器内气体的密度增大了2.0g/L,在这段时间内CO2的平均反应速率为 。反应在t1时达到平衡,过程中c(CO2)随时间t变化趋势曲线右图所示。保持其他条件不变,t1时将容器体积压缩到1L,请画出t1后c(CO2)随时间t变化趋势曲线(t2达到新的平衡)。