题目内容
【题目】CH3OH是一种重要的化工原料,工业上可用合成气(CO和H2)来生产,主要副产物有CH4、C2H5OH等。已知生产CH3OH和副产物CH4的热化学方程式分别为
①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H=-90.7 kJ·mol-1
②CO(g)+ 3H2(g)CH4(g)+H2O(g) △H=-206.2 kJ·mol-1
回答下面问题
(1)若CO(g)和CH3OH(g)的燃烧热△H分别为-283 kJ·mol-1和-726.1 kJ·mol-1,则H2(g)的燃烧热△H为 。
(2)下表列出了几种化学键断裂需要的能量数据。
化学键 | C≡O | H-H | C-H | H-O |
断裂1mol需要能量 / kJ | a | 436 | 414 | 463 |
则a= 。
(3)工业生产CH3OH过程中,提高合成CH3OH反应选择性的关键因素是 。
(4)下表列出了在一定条件下,在3个1L容器中发生反应①时测得的一些数据。
容器序号 | 温度 / ℃ | 物质的起始浓度 / mol·L-1 | 物质平衡时浓度/ mol·L-1 | ||
H2 | CO | CH3OH | CH3OH | ||
Ⅰ | 100 | 0.2 | 0.1 | 0 | 0.02 |
Ⅱ | 100 | 0.4 | 0.2 | 0.1 | |
Ⅲ | 200 | 0 | 0 | 0.10 | b |
① CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)的平衡常数表达式为 ;
② 容器Ⅱ中,开始时,v(正) v(逆) (填“<、>、=”) ;
③ 容器Ⅲ中,达平衡时 b 0.02(填“<、>、=”) ;
④ 达到平衡时,正反应速率:容器Ⅲ中的比容器Ⅰ中的 (填“大、小、相等”)。
【答案】(14分)
(1)-266.9kJ/mol
(2)1067.8
(3)使用合适催化剂
(4)① ② > ③ < ④ 大
【解析】
试题分析:(1)由CO(g)和CH3OH(g)的燃烧热ΔH分别为-283 kJ·mol-1和-726.1 kJ·mol-1,则可得
③CO(g)+1/2O2(g)=CO2(g) ΔH=-283.0kJmol-1;
④CH3OH(l)+3/2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-726.1kJmol-1。
结合①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH=-90.7 kJ·mol-1,根据盖斯定律,(①+④-③)÷2,可得氢气燃烧热ΔH=-266.9kJ/mol。
(2)根据热化学方程式②CO(g)+ 3H2(g) CH4 (g)+H2O(g) ΔH=-206.2 kJ·mol-1可得,
ΔH=(a+436×3)-(414×4+463×2)=-206.2 kJ·mol-1,则a =1067.8。
(3)根据CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH=-90.7 kJ·mol-1,可知工业生产CH3OH过程中,提高合成CH3OH反应选择性的关键因素是使用合适催化剂。
(4)①根据方程式 CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)可得该反应的的平衡常数表达式为;
② 容器Ⅰ中平衡时各物质的浓度分别为:c(CO)=0.08mol/L、c(H2)=0.16mol/L、c(CH3OH)=0.02mol/L,则可得,平衡常数K== =。容器Ⅲ中,浓度商Qc= =<K,则反应应向正反应方向移动,即v(正)>v(逆)。
③ 容器Ⅰ中所加物质与容器Ⅲ中所加物质相当,根据CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH=-90.7 kJ·mol-1,容器Ⅲ的温度比容器Ⅰ的温度高,温度越高,放热反应逆向移动,则达平衡时b<0.02;
④ 容器Ⅲ的温度比容器Ⅰ的温度高,温度越高,化学反应速率越大。所以达到平衡时,:容器Ⅲ中的正反应速率比容器Ⅰ中的大。