题目内容
【题目】甲醇来源丰富,价格低廉,是一种重要的化工原料,有着非常重要、广泛的用途。工业上通常用水煤气在恒容、催化剂和加热的条件下生产甲醇,其热化学方程式为:
2H2(g)+CO(g)CH3OH(g) ΔH=-90.8kJ/mol。
(1)该反应的平衡常数表达式为:K=______,如升高温度,K值将_____(填:增大、减小或不变)。
(2)以下各项不能说明该反应达到平衡状态的是____________.
A、混合气体的密度保持不变 B、甲醇的质量分数保持不变
C、CO的浓度保持不变 D、2v逆(H2)=v正(CH3OH)
(3)在2100C、2400C和2700C三种不同温度、2L恒容密闭容器中研究合成甲醇的规律。
上图是上述三种温度下不同的H2和CO的起始组成比(起始时CO的物质的量均为1mol)与CO平衡转化率的关系,则曲线Z对应的温度是____________。由起始达到a点所需时间为5min,则H2的反应速率____________mol/(L·min)。
(4)某兴趣小组设计了如图所示的甲醇燃料电池装置。
①该电池工作时,正极是_____极(填“a”或 “b”);
②该电池负极反应的离子方程式为____________________________________。
【答案】K=c(CH3OH)/[c2(H2)·c(CO)] 减小 AD 2700C 0.1mol/(L·min) a CH3OH-6e-+H2O = CO2↑+6H+
【解析】
(1)根据平衡常数表达式的书写原则,2H2(g)+CO(g)CH3OH(g)的平衡常数表达式为:K=c(CH3OH)/[c2(H2)·c(CO)],该反应是放热反应,升高温度,K值减小。
(2)A、在恒容、密闭容器中,混合气体的密度始终保持不变 ,不能说明可逆反应处于平衡状态,选;B、甲醇的质量分数保持不变,说明甲醇的浓度不变,说明达到了平衡状态,不选;C、CO的浓度保持不变,说明达到了平衡状态,不选;D、正逆反应速率之比应等于其系数之比,应为v逆(H2)=2v正(CH3OH),选;选AD。
(3)当H2和C0的起始组成比相同时,该反应是放热反应,升高温度,平衡逆向移动,CO的转化率降低,则曲线Z对应的温度是2700C。根据2H2(g)+CO(g)CH3OH(g)
起始浓度 0.75 0.5 0
变化浓度 0.5 0.25 0.25
平衡浓度 0.25 0.25 0.25
则H2的反应速率=0.5/5=0.1mol/(L·min)。
(4)①在甲醇燃料电池中,甲醇在负极失电子,而氧气在正极得电子,所以该电池工作时,正极是a极,②甲醇在负极失电子生成CO2和水,该电池负极反应的离子方程式为CH3OH-6e-+H2O = CO2↑+6H+ 。
【题目】高炉炼铁是现代钢铁生产的重要环节,此法工艺简单,产量大,能耗低,仍是现代炼铁的主要方法,回答下列问题:
(1)已知炼铁过程的主要反应为Fe2O3(s)+3CO(g)=2Fe(s)+3CO2(g) △H1
还会发生3Fe2O3(s)+CO(g)=2Fe3O4(s)+CO2(g) △H2=a kJ/mol;
Fe3O4(s)+CO(g)=3FeO(s)+CO2(g) △H3=b kJ/mol;
FeO(s)+CO(g)=Fe(s)+ CO2(g) △H4=c kJ/mol;
则△H1=________kJ/mol(用含a、b、c的代数式表示)。
(2)高炉炼铁产生的废气(CO、CO2)有多种处理方法,反应原理如下:
①生成甲醇:CO(g)+2H2(g)CH3OH(l)。一定温度下在恒容密闭容器中模拟此反应,下列化学反应速率最快的是_______________
A.υ(CO)=1.2 mol/(L·min) B.υ(H2)=0.025 mol/(L·s) C.υ(CH3OH)=1 mol/(L·min)
②生成乙烯:2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g)。在两个容积相同的密闭容器中以不同的氢碳比[n(H2):n(CO2)]充入原料气,CO2平衡转化率α(CO2)与温度的关系如图所示
氢碳比X_____2.0(填>、<或=,下同),理由是___________________。
(3)反应CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g),其化学平衡常数K与温度T关系如表:
T/℃ | 700 | 800 | 1000 | 1200 |
K | 0.6 | 1.0 | 2.3 | 3.6 |
①该反应是___________反应(填“吸热”或“放热”)。
②若某恒定温度下,向容积为1 L的恒容密闭容器中充入2 mol CO2、3 mol H2,10 min后反应达到平衡状态,测得υ (CH3OH)=0.075 mol/(L·min),则此反应条件下温度______800℃(填>、<或=)。
③若反应在1200℃进行试验,某时刻测得反应容器中各物质浓度满足关系式2c(CO2)·c3(H2)=3c(CH3OH)·c(H2O),此时反应在________向进行(填“正”或“逆”)。