题目内容
(12分)二甲醚(CH3OCH3)是一种重要的清洁燃料,也可替代氟利昂作制冷剂等,对臭氧层无破坏作用。工业上以CO和H2为原料生产二甲醚CH3OCH3的新工艺主要发生三个反应:
①CO(g) + 2H2(g)
CH3OH(g) △H1=-Q1 kJ·mol-1
②2CH3OH(g)
CH3OCH3(g)+ H2O(g) △H2=-Q2 kJ·mol-1
③CO(g)+ H2O(g)
CO2(g) + H2(g) △H3=-Q3 kJ·mol-1
回答下列问题:
(1)新工艺的总反应3H2(g)+ 3CO(g)
CH3OCH3(g)+ CO2(g)的热化学方程式为 。
(2)工业上一般在恒容密闭容器中采用下列反应合成甲醇:CO(g) + 2H2(g)
CH3OH (g) △H。下表所列数据是该反应在不同温度下的化学平衡常数(Κ)。
温度 | 250℃ | 300℃ | 350℃ |
K | 2.041 | 0.270 | 0.012 |
①由表中数据判断ΔH 0 (填“ >”、“=”或“<”)。能够说明某温度下该反应是平衡状态的是 。
A.体系的压强不变 B.密度不变
C.混合气体的相对分子质量不变 D.c(CO)=c(CH3OH)
②某温度下,将 2mol CO和 6mol H2 充入2L的密闭容器中,充分反应 10min后,达到平衡时测得c(CO)=0.2mol/L,计算此温度下的平衡常数K= 。
(3)工业生产是把水煤气中的混合气体经过处理后获得的较纯H2用于合成氨。合成氨反应原理为:N2(g)+3H2(g)
2NH3(g) ΔH=-92.4kJmol-1。实验室模拟化工生产,在恒容密闭容器中充入一定量N2和H2后,分别在不同实验条件下反应,N2浓度随时间变化如图1。请回答下列问题:
![]()
①与实验Ⅰ比较,实验Ⅱ改变的条件为 。
②在实验Ⅲ中改变条件为采用比实验Ⅰ更高的温度,请在图2中画出实验Ⅰ和实验Ⅲ中c(NH3)随时间变化的示意图。
![]()
(18分)甲醇是一种新型的汽车动力燃料,工业上可通过CO和H2化合来制备甲醇:
CO (g)+2H2 (g)
CH3OH (g)
(1)在容积固定为2 L的密闭容器内充入1 mol CO和2 mol H2,加入 催化剂后在250 ℃开始反应,
CO的平衡转化率与温度、压强的关系如图所示。容器中M、N两点气体的物质的量之比为 。M、N、Q三点的平衡常数KM、KN、KQ的大小关系为 。
![]()
(2)通过压力计监测上述容器内压强的变化如下:
反应时间/min | 0 | 5 | 10 | 15 | 20 | 25 |
压强/Mpa | 12.6 | 10.8 | 9.5 | 8.7 | 8.4 | 8.4 |
则从反应开始到20min时,以CO表示的平均反应速率为 ,该温度下平衡常数K= 。
(3)下列描述中能说明上述反应已达平衡状态的是 。
A.2v(H2)正=v(CH3OH)逆
B.容器内气体的平均摩尔质量保持不变
C.容器中气体的压强保持不变
D.单位时间内生成n mol CO的同时生成2n mol H2
(4)25℃时以甲醇燃料电池(电解质溶液为稀硫酸)为电源电解300 mL NaCl溶液,正极反应式为 。在电解一段时间后,NaCl溶液的pH变为13(假设NaCl溶液的体积不变),则理论上消耗甲醇的物质的量为__________。