题目内容
甲醇是一种很好的燃料,工业上用CH4和H2O为原料,通过反应Ⅰ和Ⅱ来制备甲醇。
(1)将1.0 mol CH4和2.0 mol H2O(g)通入反应室(容积为100 L),在一定条件下发生反应:CH4(g)+H2O(g)
CO(g)+3H2(g)……Ⅰ。CH4的转化率与温度、压强的关系如下图。
①已知100 ℃压强为p1时达到平衡所需的时间为5 min,则用H2表示的平均反应速率为 。
②图中的p1 p2(填“<”“>”或“="”),100" ℃压强为p2时平衡常数为 。
③该反应的ΔH 0(填“<”“>”或“=”)。
(2)在一定条件下,将a mol CO与3amol H2的混合气体在催化剂作用下能自发反应生成甲醇: CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH<0 ……Ⅱ
①若容器容积不变,下列措施可增加甲醇产率的是( )
A.升高温度
B.将CH3OH(g)从体系中分离
C.充入He,使体系总压强增大
D.再充入1 mol CO和3 mol H2
②为了寻找合成甲醇的温度和压强的适宜条件,某同学设计了三组实验,部分实验条件已经填在下面实验表格中。
A.下表中剩余的实验条件数据:a= ;b=
。
B.根据反应Ⅱ的特点,下图是在压强分别为0.1 MPa和5 MPa下CO的转化率随温度变化的曲线图,请指明图中的压强px= MPa。
| 实验编号 | T/℃ | n(CO)/n(H2) | p/MPa |
| 1 | 150 | 1/3 | 0.1 |
| 2 | a | 1/3 | 5 |
| 3 | 350 | b | 5 |
(1)①0.003 0 mol·L-1·min-1 ②< 2.25×10-4 ③>
(2)①BD ②150 0.1
解析(1)①v(H2)=3v(CH4)=
×3="0.003" 0 mol·L-1·min-1;②依据反应式可知增大压强平衡左移,转化率减小,所以p1<p2;用“三部曲”可求出在100 ℃压强为p1时平衡时各物质的浓度分别为c(CH4)="0.005" mol·L-1、c(H2O)="0.015" mol·L-1、c(CO)="0.005" mol·L-1、c(H2)="0.015" mol·L-1,K=
=2.25×10-4;(2)①C选项相当于减压、D选项相当于加压;②设计实验应该只有一个变量,实验1、2压强不同,温度相同;实验2、3温度不同,其他相同;压强越大转化率越高,px的压强小。
=4时，CO2的转化率随时间的变化关系如图1所示．
(aq) +4Cl－(aq)
(aq) +4H2O(l)一种“人工固氮”的新方法是在常温、常压、光照条件下，N2在催化剂表面与水发生反应生成NH3：N2＋3H2O
2NH3＋
O2
进一步研究NH3生成量与温度的关系，部分实验数据见下表(反应时间3 h)：
| T/℃ | 30 | 40 | 50 |
| 生成NH3量/(10－6 mol) | 4.8 | 5.9 | 6.0 |
请回答下列问题：
(1)50℃时从开始到3 h内以O2物质的量变化表示的平均反应速率为 mol·h－1。
(2)该反应过程与能量关系可用如图表示，则反应的热化学方程式是 。
(3)与目前广泛应用的工业合成氨方法相比，该方法中固氮反应速率较慢。请提出可提高其反应速率且增大NH3生成量的建议： 。
(4)工业合成氨的热化学方程式为N2(g)＋3H2(g)
2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ/mol。在某压强恒定的密闭容器中加入2 mol N2和4 mol H2，达到平衡时，N2的转化率为50%，体积变为10 L。求：①该条件下的平衡常数为 ；
②若向该容器中加入a mol N2、b mol H2、c mol NH3，且a、b、c均大于0，在相同条件下达到平衡时，混合物中各组分的物质的量与上述平衡相同。反应放出的热量 (填“>”“<”或“＝”)92.4 kJ。
已知CO2(g)＋3H2(g)
CH3OH(l)＋H2O(l) ΔH＝－130.9 kJ·mol－1
(1)现将0.8 mol CO2和2.4 mol H2充入容积为20 L的密闭容器中发生上述反应，下列说法正确的是__________(填字母序号)。
| A．该反应在低温下能自发进行 |
| B．当容器内CO2气体体积分数恒定时，该反应已达平衡状态 |
| C．若其他条件不变，实验测得平衡常数：K(T1)＞K(T2)，则T1＜T2 |
| D．现有该反应的X、Y两种催化剂，X能使正反应速率加快约5×105倍、Y能使逆反应速率加快约8×106倍(其他条件相同)，故在生产中应该选择X为催化剂更合适 |
①若反应延续至70 s。请在图1中用实线画出25 s至70 s的反应进程曲线。
②某化学兴趣小组采用实验对比法分析改变实验条件对该反应进程的影响，每次只改变一个条件，并采集反应进程中CO2的浓度变化，在原有反应进程图像上绘制对应的曲线。实验数据如下表：
| 实验 编号 | CO2起始 浓度/mol·L－1 | 反应温 度/℃ | 反应压 强/kPa | 是否加入 催化剂 |
| A | 0.030 | 150 | 101 | 否 |
| B | 0.040 | 150 | 101 | 否 |
| C | 0.040 | 250 | 101 | 是 |
但是该小组负责绘制图线的学生未将曲线(虚线)绘制完整(见图2)，也忘记了注明每条曲线所对应改变的条件，请把每个实验编号与图2中对应曲线的字母进行连线。
实验编号 图2中字母
A a
B b
C c
2SO3(g)。SO2的起始浓度是0.4 mol·L－1，O2的起始浓度是1 mol·L－1，当SO2的转化率为80%时，反应达到平衡状态。有A、B、C、D四个反应:
| 反应 | A | B | C | D |
| ΔH/(kJ·mol-1) | 10.5 | 1.80 | -126 | -11.7 |
| ΔS/(J·mol-1·K-1) | 30.0 | -113.0 | 84.0 | -105.0 |
则在任何温度下都能自发进行的反应是 ;任何温度下都不能自发进行的反应是 ;另两个反应中,在温度高于 ℃时可自发进行的反应是 ;在温度低于 ℃时可自发进行的反应是 。
在1.0 L密闭容器中放入0.10 mol A(g)，在一定温度进行如下反应：
A(g)
B(g)＋C(g) ΔH＝＋85.1 kJ·mol－1
反应时间(t)与容器内气体总压强(p)的数据见下表：
| 时间t/h | 0 | 1 | 2 | 4 | 8 | 16 | 20 | 25 | 30 |
| 总压强p/100 kPa | 4.91 | 5.58 | 6.32 | 7.31 | 8.54 | 9.50 | 9.52 | 9.53 | 9.53 |
回答下列问题：
(1)欲提高A的平衡转化率，应采取的措施为____________。
(2)由总压强p和起始压强p0计算反应物A的转化率α(A)的表达式为______________。平衡时A的转化率为__________，列式并计算反应的平衡常数K__________。
(3)①由总压强p和起始压强p0表示反应体系的总物质的量n总和反应物A的物质的量n(A)，n(总)＝____ mol，n(A)＝________ mol。
②下表为反应物A浓度与反应时间的数据，计算：a＝________。
| 反应时间t/h | 0 | 4 | 8 | 16 |
| c(A)/(mol·L－1) | 0.10 | a | 0.026 | 0.006 5 |
分析该反应中反应物的浓度c(A)变化与时间间隔(Δt)的规律，得出的结论是________________________________，由此规律推出反应在12 h时反应物的浓度c(A)为__________ mol·L－1。