题目内容

【题目】科学家研究出一种以天然气为燃料的“燃烧前捕获系统”,其简单流程如图所示部分(条件及物质未标出).

(1)工业上可用H2和CO2制备甲醇,其反应为:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g),某温度下,将1mol CO2和3mol H2充入体积不变的2L密闭容器中,发生上述反应,测得不同时刻反应前后的压强关系如表:

时间/h

1

2

3

4

5

6

p后/p前

0. 90

0. 85

0. 83

0. 81

0. 80

0. 80

①用H2表示前2h平均反应速率v(H2)=___.

②该温度下CO2的平衡转化率为___.

(2)在300℃、8MPa下,将二氧化碳和氢气按物质的量之比为1:3通入一恒压密闭容器中发生(1)中反应,达到平衡时,测得二氧化碳的平衡转化率为50%,则该反应条件下的平衡常数Kp=______________(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数).

(3)—定温度和压强下,在2 L的恒容密闭容器中合成氨气:N2(g)+3H2(g)2NH3(g) △H=-92. 4 kJ mol-1。在反应过程中反应物和生成物的物质的量随时间的变化如图所示。

①在10~20 min内,NH3浓度变化的原因可能是_______。

A. 加入催化剂 B. 缩小容器体积 C. 降低温度 D. 增加NH3的物质的量

② 20 min达到第一次平衡,在反应进行至25 min时,曲线发生变化的原因是____________,35min达到第二次平衡,则平衡的平衡常数K1______K2(填“>”“<”或“ = ”)

【答案】0. 225mol/(Lh) 40% AB 移走 0. 1 molNH3 =

【解析】

(1)①建立三段式,先依据=计算各物质的变化量,再计算氢气的反应速率;

②建立三段式,先依据=计算各物质的变化量,再计算二氧化碳转化率;

(2)建立三段式,先依据=计算各物质的变化量,再计算各物质的物质的量分数,最后计算平衡分压常数;

(3)①由图象可知各组分物质的量变化增加,且10min时变化是连续的,说明10min时改变条件,使正、逆反应速率均增大;

②由图象可知,第25分钟,NH3的物质的量减少0. 1 mol;平衡常数随温度变化,温度不变此时平衡常数K将不变。

(1)①设2h时CO2的消耗量为x,依题意建立如下三段式:

CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g),

起(mol) 1 3 0 0

变(mol) x 3x x x

平(mol) 1—x 3—3x x x

由=可得,=,x=0.3mol,则前2h平均反应速率v(H2)= 0. 225mol/(Lh),故答案为:0. 225mol/(Lh);

②由题给表格数据可知5h时,反应达到平衡,该温度下CO2的平衡转化率为a,依题意建立如下三段式:

CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g),

起(mol) 1 3 0 0

变(mol) a 3a a a

平(mol) 1—a 3—3a a a

由=可得,=,x=0.4mol,则CO2的平衡转化率为×100%=40%,故答案为:40%;

(2)设起始二氧化碳和氢气的物质的量分别为1mol和3mol,依题意建立如下三段式:

CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g),

起(mol) 1 3 0 0

变(mol) 0.5 1.5 0.5 0.5

平(mol) 0.5 1.5 0.5 0.5

平衡时二氧化碳、甲醇和水的物质的量分数为,平衡分压为×8MPa,氢气的的物质的量分数为,平衡分压为×8MPa,则Kp==,故答案为:;

(3)①由图象可知各组分物质的量变化增加,且10min时变化是连续的,说明10min时改变条件,使正、逆反应速率均增大。

A、使用催化剂,正、逆反应速率增大,故正确;

B、缩小容器体积,相当于增大压强,正、逆反应速率均增大,故正确;

C、降低温度,反应速率减小,故错误;

D、增加NH3物质的量,10min时NH3物质的量应偏离变化点,故错误;

AB正确,故答案为:AB;

②由图象可知,第25分钟,NH3的物质的量减少0. 1 mol,而H2、N2的物质的量不变,说明应是分离出0. 1 mol NH3;当反应进行到时35-40min,各物质的量不变,说明反应达到第二次平衡状态,平衡常数只受温度影响,温度不变,平衡常数不变,故答案为:移走0.1molNH3;=。

练习册系列答案
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Na2S2O3 易溶于水,不溶于乙醇。在水中有关物质的溶解度曲线如图所示。

Ⅰ.现按如下方法制备Na2S2O3·5H2O:将硫化钠和碳酸钠按反应要求比例一并放入三颈烧瓶中,注入150 mL蒸馏水使其溶解,在分液漏斗中,注入浓盐酸,在装置2中加入亚硫酸钠固体,并按上右图安装好装置。

(1)仪器2的名称为_____________,装置6中可放入_____________。

A.BaCl2溶液 B.浓H2SO4 C.酸性KMnO4溶液 D.NaOH溶液

(2)打开分液漏斗活塞,注入浓盐酸使反应产生的二氧化硫气体较均匀的通入Na2S和Na2CO3的混合溶液中,并用磁力搅拌器搅动并加热,反应原理为:

①Na2CO3+SO2=Na2SO3+CO2 ② Na2S+SO2+H2O=Na2SO3+H2S

③2H2S+SO2=3S↓+2H2O ④ Na2SO3+SNa2S2O3

随着SO2气体的通入,看到溶液中有大量浅黄色固体析出,继续通入SO2气体,反应约半小时。当溶液中pH接近或不小于7时,即可停止通气和加热。溶液pH要控制不小于7的理由是:_____________(用文字和相关离子方程式表示)。

Ⅱ.分离Na2S2O3·5H2O 并测定含量:

(3)从热的反应混合液中获得 Na2S2O3·5H2O粗晶体,需经过下列实验步骤,请选择正确的选项:热的反应混合液→活性炭脱色并保温→________→________→________→________→获得Na2S2O3·5H2O粗晶体。

a.用冰水浴冷却结晶,抽滤; b.用少量水洗涤晶体、烘干;

c.80℃蒸发浓缩滤液至溶液表面出现晶膜; d.用乙醇洗涤晶体、晾干;

e.45℃蒸发浓缩滤液至溶液呈微黄色浑浊; f.趁热过滤。

(4)制得的粗晶体中往往含有少量杂质。为了测定粗产品中 Na2S2O3·5H2O的含量, 一般采用在酸性条件下用 KMnO4标准液滴定的方法(假定粗产品中杂质与酸性KMnO4溶液不反应)。称取1.280 g的粗样品溶于水,用 0.4000 mol/LKMnO4溶液(加入适量硫酸酸化)滴定,当溶液中S2O32-全部被氧化时,消耗 KMnO4溶液体积20.00 mL。 试回答:

①对于上述实验操作,下列说法正确的是_____。

A.用电子天平称量粗样品时,若电子天平未进行调平,则纯度偏高

B.装 KMnO4标准液的酸式滴定管洗涤后若未润洗,则纯度偏高

C.滴定至锥形瓶内溶液刚好由无色变为浅红色立即进行读数,则纯度偏高

D.滴定时若滴定速度过慢或摇晃锥形瓶过于剧烈,则纯度偏高

②产品中Na2S2O3·5H2O的质量分数为_____________。

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