题目内容

【题目】丰富的CO2完全可以作为新碳源,解决当前应用最广泛的碳源(石油和天然气)到本世纪中叶将枯竭的危机。

(1)目前工业上有一种方法是用CO2和H2在230℃催化剂条件下转化生成甲醇(CH3OH)蒸汽和水蒸气CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)。下图表示恒压容器中充入1mol CO2和3 mol H2,转化率达50%时的能量变化示意图。写出该反应的热化学方程式: 。

(2)另外工业上还可用CO和H2制备甲醇。 反应为CO(g)+2H2(g) CH3OH(g),

某温度下,在容积为2L的恒容密闭容器中进行该反应,其相关数据见下图:

① t min至2t min时速率变化的原因可能是 ;

② 3t min时对反应体系采取了一个措施,至4t min时CO的物质的量为0.5mol,请完成上图CO的曲线。

(3)CO2在一定条件下,还可以与H2合成二甲醚:

2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)。

将2.5 mol H2与b mol CO2置于容积为1 L的密闭容器中,发生上述反应,达到平衡状态时,测得实验数据如下表:

① 降温时,上述平衡向_________方向移动(填“正反应”或“逆反应”)。

②表中x、y的大小关系为_________。

A.x=y B.x>y C.x<y D.无法判断

③表中x、y、z、w对应的平衡常数分别为Kx、Ky、Kz、Kw,它们之间的大小关系为___________________。

【答案】(1)(1)CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH =-39.2 kJ·mol-1

(2)①升温或使用了催化剂(加压不得分,因为题干已给出“恒容”)

②

(3)①正反应

②B

③Kx>Kz>Ky=Kw

【解析】

试题分析:

(1)①根据图可知1mol CO2和3mol H2转化率达50%时放热23-3.4=19.6KJ,则该反应的热化学方程式:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g);△H=-=-39.2kJmol-1,故答案为:CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g);△H=-39.2 kJmol-1;

(2)①t min时刻各组分的物质的量未变,而后反应速率加快,由于题干已给定容器容积为2L,所以可能是使用了催化剂或升高温度。故答案为:使用了催化剂或升高温度;②3tmin时改变条件后,甲醇的物质的量增大、氢气物质的量减小,说明改变条件使平衡向正反应方向移动,3tmin时CO的物质的量为0.4mol,当改变条件使平衡正向移动在4tmin达到新平衡时CO的物质的量为0.5mol,平衡右移而反应物CO的物质的量反而增大,说明3tmin时所改变的条件是加入了CO。3tmin至4tmin时氢气物质的量减小0.2mol,则反应消耗的CO为0.1mol,而4tmin时CO的物质的量为0.5mol,则3tmin时CO物质的量为0.6mol,即在3tmin时采取的措施是加入0.2molCO。故CO的变化曲线为:

(3)①CO2起始物质的量为1.25mol时,温度低,CO2的转化率越大,说明降低温度平衡向正反应方向移动,故答案为:正反应;②CO2起始物质的量为1.25mol时,温度越高,CO2的转化率越小,说明正反应是放热反应,故w<32,x>33,由于CO2(g)、H2(g)按物质的量1:3反应,H2(g)物质的量为2.5mol,所以CO2的物质的量(b)越大,CO2的转化率越小,则y<w,综合上述分析可知x>33>32>w>y,故答案为B。③平衡常数只是温度的函数,温度不变,平衡常数K值不变,通过上述分析可知该反应为放热反应,所以升高温度平衡逆向移动,平衡常数K值减小,所以有Kx>Kz>Ky=Kw。故答案为Kx>Kz>Ky=Kw。

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根据以上知识回答下列问题。

①水样预处理的目的是 。

②水样预处理的装置如图所示,细导管插入吸收液中的目的是 。蒸馏瓶比吸收液面要高,其原因是 。

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