题目内容

7.乙酸是重要的有机化工原料之一,目前世界上一半以上的乙酸都采用甲醇与CO反应来制备.
某实验小组在一个恒压密闭容器中加入0.20molCH3OH和0.22molCO气体,发生反应CH3OH(g)+CO(g)?CH3COOH(l),测得甲醇的转化率随温度的变化关系如图1所示,其中曲线I表示在5个不同温度下,均经过5min时测得的甲醇的转化率变化曲线,曲线Ⅱ表示不同温度下甲醇的平衡转化率变化曲线,已知在T2温度下,达到平衡时容器的体积刚好为2L.

已知:2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)△H=-566kJ•mol-1
2CH3OH(g)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(l)△H=-1529kJ•mol-1
CH3COOHH(l)+2O2(g)=2CO2(g)+2H2O(l)△H=-874kJ•mol-1
按要求回答下列问题:
(1)求工业制乙酸反应:CH3OH(g)?CH3COOH(l)△H-173.5kJ•mol-1
(2)在温度为T3时,从反应开始至5min时,用单位时间内物质的量变化表示的乙酸的平均反应速率为0.024mol•min-1.
(3)在温度为T2时,该反应的平衡常数K=500,在T3温度下,C点时,v(正)=v(逆)
(4)曲线I在T1-T2阶段,甲醇转化率随温度变化升高的原因是反应未达平衡状态,故升高温度,化学反应速率加快,故甲醇转化率随温度的升高而增大;
(5)在温度为T2时,往上述达到平衡的恒压容器中,再在瞬间通入0.12molCH3OH和0.06molCO混合气体,平衡的移动方向为不移动(填“向左”或“向右”或“不移动”),理由是加入气体的总物质的量与原平衡气体的总物质的量相等,体积变为4L,Qc=Qc=$\frac{1}{\frac{0.2}{4}×\frac{0.16}{4}}$=500=K.
(6)在温度为T1时,乙酸的物质的量随时间变化的趋势曲线如图2所示,当时间到达t1时,将该反应体系温度迅速上升到T3,并维持该温度.请在图中画出t1时刻后乙酸物质的量的变化总趋势曲线.

分析 (1)根据盖斯定律进行计算,由(②+①)÷2-③得出正确结论;
(2)根据v=$\frac{△c}{△t}$进行计算;
(3)根据甲醇的转化率计算平衡时各物质的浓度,再根据平衡常数等于生成物的浓度幂之积除以反应物的浓度幂之积计算平衡常数;
平衡状态时,正逆反应速率相等;
(4)由曲线Ⅰ可知:T1-T2阶段,5min时,反应未达平衡状态,故升高温度,化学反应速率加快,甲醇转化率随温度的升高而增大;
(5)根据浓度商与平衡常数的大小关系,判断反应进行的方向;
(6)当时间到达t1时,将该反应体系温度迅速上升到T3,并维持该温度,温度升高,平衡逆向移动,乙酸的物质的量减小,一段时间后达到平衡状态,乙酸的物质的量保持不变.

解答 解:(1)①2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)△H=-566kJ•mol-1
②2CH3OH(g)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(l)△H=-1529kJ•mol-1
③CH3COOH(l)+2O2(g)=2CO2(g)+2H2O(l)△H=-874kJ•mol-1
由(②+①)÷2-③得,CH3OH(g)+CO(g)?CH3COOH(l)△H=$\frac{(-566kJ•mo{l}^{-1})+(-1529kJ•mo{l}^{-1})}{2}$-(-874kJ•mol-1)=-173.5kJ•mol-1,
故答案为:-173.5;
(2)由曲线Ⅰ可知:T2温度下,5min时测得的甲醇的转化率为60%,故转化的甲醇的物质的量为0.20mol×60%=0.12mol,则生成乙酸的物质的量为0.12mol,故在温度为T3时,从反应开始至5min时,用单位时间内物质的量变化表示的乙酸的平均反应速率为$\frac{0.12mol}{5min}$=0.024mol•min-1,
故答案为:0.024;
(3)由解答(2)可知:在温度为T2时,转化的甲醇的物质的量为0.12mol,则转化的CO的物质的量为0.12mol,故平衡时甲醇的物质的量为0.20mol-0.12mol=0.08mol,CO的物质的量为0.22mol-0.12mol=0.1mol,故平衡常数K=$\frac{1}{c(C{H}_{3}OH)•c(CO)}$=$\frac{1}{\frac{0.08}{2}×\frac{0.1}{2}}$=500;
在T3温度下,C点时反应已达平衡状态,故正逆反应速率相等,故v(正)=v(逆),
故答案为:500;=;
(4)由曲线Ⅰ可知:T1温度下,5min时,反应未达平衡状态,故升高温度,化学反应速率加快,故甲醇转化率随温度的升高而增大,
故答案为:反应未达平衡状态,故升高温度,化学反应速率加快,故甲醇转化率随温度的升高而增大;
(5)原平衡体系,气体总的物质的量为0.08mol+0.1mol=0.18mol,体积为2L,
在温度为T2时,往上述达到平衡的恒压容器中,再在瞬间通入0.12molCH3OH和0.06molCO混合气体,充入气体总的物质的量为0.12mol+0.06mol=0.18mol,原平衡相等,故体积变为原来的2倍,此时,甲醇的物质的量为0.08mol+0.12mol=0.2mol,CO的物质的量为0.1mol+0.06mol=0.16mol,则Qc=$\frac{1}{\frac{0.2}{4}×\frac{0.16}{4}}$=500=K,故平衡不移动;
故答案为:不移动;加入气体的总物质的量与原平衡气体的总物质的量相等,体积变为4L,Qc=Qc=$\frac{1}{\frac{0.2}{4}×\frac{0.16}{4}}$=500=K;
(6)当时间到达t1时,将该反应体系温度迅速上升到T3,并维持该温度,温度升高,平衡逆向移动,乙酸的物质的量减小,一段时间后达到平衡状态,乙酸的物质的量保持不变,故t1时刻后的变化总趋势曲线为,故答案为:.

点评 本题考查盖斯定律的应用、平衡图象分析、平衡常数的计算机化学平衡移动原理,难度较大.要注意根据浓度商与平衡常数来判断反应进行的方向.

练习册系列答案
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2.X、Y是元素周期表前20号元素,且X的原子序数比Y大4,请填空(X、Y要用具体的元素符号表示):
Ⅰ、若X是短周期最活泼的金属元素.
(1)25℃,用0.1000mol/L的XOH溶液滴定20.00mL
0.1000 mol/L某一元酸HA溶液所得滴定曲线如图.下列说法正确的是ABC
A.A、B、C三点所示溶液导电能力最强的是C点对应的溶液
B.在C点溶液中,c(H+)+c(HA)=c(OH-)
C.25℃,HA的电离平衡常数约为5.0×10-4
(2)一定条件下在体积不变的容器发生反应:2YO(g)+O2(g)?2YO2(g)
①该反应的平衡常数表达式K=$\frac{{c}^{2}(N{O}_{2})}{{c}^{2}(NO)c({O}_{2})}$.
已知K300℃>K350℃,则该反应是放热反应.
②能说明该反应已达到平衡状态的是bc
a.v(YO2)=2v(O2)
b.容器内压强保持不变
c.v逆(YO)=2v正(O2)
d.容器内密度保持不变
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a.及时分离处YO2气体  b.适当升高温度   c.增大O2的浓度   d.选择高效催化剂
Ⅱ、若X的离子半径是第三周期离子半径最小的
(3)已知在此温度下:
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(4)X的单质与某磁性氧化物在高温下反应,常用于焊接铁轨及定向爆破,该反应的化学方程式为3Fe3O4+8Al$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$9Fe+4Al2O3
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