题目内容

【题目】研究CO和CO2的利用对促进低碳社会的构建具有重要意义。请回答下列问题:

(1)利用CO和H2在一定条件下可合成甲醇,发生反应: CO(g)+ 2H2(g) CH3OH(g),其两种反应过程中能量的变化曲线如图中a、b所示,下列说法正确的是_____(填字母)。

A.上述反应的△H= -91 kJ·mol-1

B.该反应自发进行的条件为高温

C. b过程使用催化剂后降低了反应的活化能和H

D. b过程的反应速率:第Ⅱ阶段>第Ⅰ阶段

(2)若反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)在温度不变且体积恒定为1L密闭容器中发生,反应过程中各物质的物质的量随时间变化见表所示:

时间/min

0

5

10

15

H2

4

2

CO

2

1

CH3OH(g)

0

0.7

①下列各项能作为判断该反应达到平衡标志的是_______(填字母)

A.2v正(H2)=v逆(CH3OH)

B. CO与CH3OH的物质的量之比保持不变

C.混合气的平均相对分子质量保持不变

D.混合气体的密度保持不变

②若起始压强为P0kPa,反应速率若用单位时间内分压的变化表示,则10 min内H2的反应速率v(H2)=_____kPa/min;该温度下反应的平衡常数Kp=______。(分压=总压×物质的量分数)。

(3)甲和乙两个恒容密闭容器的体积相同,向甲中加入1 mol CO和2 mol H2,向乙中加入2 mol CO和4 molH2,测得不同温度下CO的平衡转化率如图所示,则L、M两点容器内平衡常数:K(M)_____ K(L); 压强:p(M)__2p(L)。(填“>”“<”或“=”)

(4)以纳米二氧化钛为工作电极,稀硫酸为电解质溶液,在一定条件下通入CO2进行电解,在阴极可制得低密度聚乙烯()。电解时,阴极的电极反应式是_________。

【答案】AD BC kPa-2(可不带单位) < > 2nCO2+12ne-+12nH+=+4nH2O

【解析】

(1)A.对于反应CO(g)+ 2H2(g) CH3OH(g),根据反应过程中能量的变化图可得△H=正反应的活化能-逆反应的活化能=419 kJ·mol-1-510 kJ·mol-1= -91 kJ·mol-1,A项正确;

B.该反应正向是气体粒子数目减小的反应,属于熵减过程△S<0,根据△G=△H-T△S,△G<0可自发,需要低温环境才可以自发,B项错误;

C.b过程使用催化剂后降低了反应的活化能,但是H只与反应始末状态有关,与反应途径无关,H故不变,C项错误;

D.b过程中第I阶段正反应活化能较高,故活化分子的百分含量较低,因此化学反应速率较慢,b过程的反应速率:第I阶段<第Ⅱ阶段,D项正确。

故说法正确的选AD。

(2) ①A.对于反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g),当v正(H2)=2v逆(CH3OH)时,反应到达平衡,2v正(H2)=v逆(CH3OH),正逆反应各物质速率不成比例,未达到平衡,故A项错误;

B.反应物CO与生成物CH3OH的物质的量之比从开始反应逐渐减小,若保持不变可以说明达到平衡,B项正确;

C.混合气的平均相对分子质量数值上等于摩尔质量M=,因为质量守恒m不变,该反应正向是气体粒子数目较小方向,n会减小,M会增大,达到平衡之后M不变,故C项正确;

D.混合气体的密度=,m不变容器体积固定,则混合气体的密度是个定值,一直不变,不能做平衡的判定依据,D项错误;

故能作为判断该反应达到平衡标志的是BC;

②同温1L容器中,气体的物质的量与压强呈正比,初始加入2 mol CO和4 molH2,混合气体共6mol,起始压强为P0kPa,则起始氢气的分压P0kPa,反应10 min H2的物质的量为2mol,是原来氢气物质的量的一半,反应10 min H2的分压P0kPa,故10 min内H2的反应速率v(H2)== = kPa/min;反应10 min H2的物质的量为2mol,CO的物质的量为1mol,生成的甲醇为1mol,混合气体共4mol,那么H2的物质的量分数0.5,CO和甲醇的物质的量分数均为0.25。反应15min和反应10min数据一样,故10min已经达到平衡。由于气体的物质的量与压强呈正比,故==,得= kPa,则平衡时H2的分压P=0.5×= kPa,同理P= P=0.25×= kPa,该温度下平衡常数Kp=== kPa-2;

(3)根据CO的平衡转化率-T-P图分析,其他条件不变(观察甲或者乙),升高温度,CO的平衡转化率降低,根据平衡移动原理该可逆反应的正反应是放热的,则K值随温度升高而降低,由于甲和在在温度不变的时候平衡常数是相同的,故L、M两点容器内平衡常数:K(M)<K(L);向甲中加入1 mol CO和2 mol H2,向乙中加入2 mol CO和4 molH2,在相同转化率的情况下,平衡时刻乙的总物质的量等于甲总物质的量的2倍,由气体状态方程PV=nRT,温度越高气体的压强越大,故压强:p(M)>2p(L);

(4)通入CO2进行在硫酸电解质中电解,在阴极可制得低密度聚乙烯(),2nCO2→,碳元素化合价从+4降到-2,每个碳得6个电子,2nCO2共得12n个电子,则阴极的电极反应式是2nCO2+12ne-+12nH+=+4nH2O。

练习册系列答案
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II.H2O(l)=H2O(g)△H4=+44.0kJ·mol-1

则煤气化主要反应C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)的△H=___。

(2)现在一恒温的刚性容器中加入足量煤,并通入1mol水蒸气,发生反应C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g),则下列指标能够说明已到达平衡状态的有___ (填标号)。

①气体的密度保持不变;②断裂2molH-O键的同时生成1molH-H键;③CO的体积分数保持不变;④气体的平均摩尔质量不变;⑤CO与H2的比例保持不变;⑥容器的压强保持不变。

(3)气化后,将水煤气CO与H2化合CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)可得到甲醇,最终实现煤的间接液化。已知在T℃时,其正反应速率为v正=k正·(CO)·c2(H2),逆反应速率为v逆=k逆·c(CH3OH),其中k为速率常数,其数值k正=97.5,k逆=39.0,则该温度下的平衡常数K=___;若在T℃下,向一体积为2L的刚性密闭体系中通入3molCO、2molH2和5molCH3OH,则此时证v正___v逆(填“大于”“小于”或“等于”)。

(4)关于CO(g)+2H2(g)CH3OH(g),下列说法正确的是___(填字母)。

A.加压有利于速率加快和平衡向正反应方向移动

B.甲醇的平衡体积分数随着CO与H2投料比的增大而增大

C.使用催化性能好的催化剂,可提高H2的平衡转化率

D.在恒温恒容条件下达到平衡后,通入Ar,平衡向逆反应方向移动

E.已知E[CO(g)+2H2(g)]>E[CH3OH(g)](E表示物质的能量),则降温有利于提高正反应进行的程度

(5)在一特殊的恒容容器中,充入一定量的CO(g)与H2(g)来模拟CO(g)+2H2(g)CH3OH(g),测得v正随时间的变化曲线如图所示,则t之前v正逐渐增大的原因为___;t之后v正又逐渐减小的原因为___。

(6)煤经过一系列转化还可得到草酸。常温下,向某浓度的草酸溶液中加入一定量某浓度的NaOH溶液,所得溶液中c(HC2O4-)=c(C2O42-),则此时溶液的pH=___(已知常温下H2C2O4的Ka1=6×10-2,Ka2=6×10-5,lg6=0.8)。

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