题目内容

【题目】合成气(CO+H2)广泛用于合成有机物,工业上常采用天然气与水蒸气反应等方法来制取合成气。

(1)在150℃时2L的密闭容器中,将2molCH4和2molH2O(g)混合,经过15min达到平衡,此时CH4的转化率为60%。回答下列问题:

①从反应开始至平衡,用氢气的变化量来表示该反应速率v(H2)=__。

②在该温度下,计算该反应的平衡常数K=__。

③下列选项中能表示该反应已达到平衡状态的是__。

A.v(H2)逆=3v(CO)正

B.密闭容器中混合气体的密度不变

C.密闭容器中总压强不变

D.C(CH4)=C(CO)

(2)合成气制甲醚的反应方程式为2CO(g)+4H2(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) △H=bkJ/mol。有研究者在催化剂(Cu—Zn—Al—O和A12O3)、压强为5.OMPa的条件下,由H2和CO直接制备甲醚,结果如图所示。

①290℃前,CO转化率和甲醚产率的变化趋势不一致的原因是__;

②b__0,(填“>”或“<”或“=”)理由是__。

(3)合成气中的氢气也用于合成氨气:N2+3H22NH3。保持温度和体积不变,在甲、乙、丙三个容器中建立平衡的相关信息如下表。则下列说法正确的是__;

A.n1=n2=3.2 B.φ甲=φ丙>φ乙 C.ν乙>ν丙>ν甲 D.P乙>P甲=P丙

容器

体积

起始物质

平衡时NH3的物质的量

平衡时N2的

体积分数

反应开始时的速率

平衡时容器内压强

甲

1L

1molN2+3molH2

1.6mol

φ甲

ν甲

P甲

乙

1L

2molN2+6molH2

n1mol

φ乙

ν乙

P乙

丙

2L

2molN2+6molH2

n2mol

φ丙

ν丙

P丙

【答案】0.12mol·L-1·min-1 21.87 AC 有副反应发生 < 平衡后,升高温度,产率降低 BD

【解析】

(1)

①v(H2)==0.12mol·L-1·min-1;

②K===21.87mol2L-2;

③A.v逆(H2)=3v正(CO),根据反应速率之比等于化学计量数之比有v正(H2)=3v正(CO),故v逆(H2)=v正(H2),反应已达到平衡状态,选项A选;

B.参与反应的物质均为气体,气体的总质量不变,反应在恒容条件下进行,故密度始终保持不变,密闭容器中混合气体的密度不变,不能说明反应已达到平衡状态,选项B不选;

C.同温同压下,气体的压强与气体的物质的量成正比,该反应正反应为气体体积增大的反应,密闭容器中总压强不变,则总物质的量不变,说明反应已达到平衡状态,选项C选;

D.反应开始时加入2 mol CH4和2 mol H2O(g),反应过程中两者的物质的量始终保持相等,c(CH4)=c(CO)不能说明反应已达到平衡状态,选项D不选。

答案选AC;

(4)① 290℃前,CO转化率随温度升高而降低,根据反应2CO(g) + 4H2(g)CH3OCH3(g)+ H2O(g)可知甲醚是生成物,产率应该降低,但反而增大,证明还有另外的反应生成甲醚,即CO的转化率和甲醚产率的变化趋势不一致的原因是有副反应发生;

②根据图中信息可知,平衡后,升高温度,产率降低,平衡向逆反应方向移动,逆反应为吸热反应,则正反应为放热反应,△H=b<0。

(3)根据表中数据知,甲丙中各反应物的浓度相等,所以相当于等效平衡,平衡时N2的体积分数相等;乙中各反应物浓度是甲的2倍,且压强大于甲,增大压强,平衡向气体体积缩小的方向移动,所以平衡时乙中N2的体积分数小于甲;

A.甲丙中各反应物的浓度相等,n2=3.2,乙压强大于甲乙,平衡正向移动,n1>3.2,选项A错误;

B.甲丙为等效平衡,平衡时N2的体积分数相等φ甲 =φ丙,乙压强大,平衡正向移动,平衡时乙中N2的体积分数小于甲,故φ甲 =φ丙>φ乙,选项B正确;

C.甲丙中各反应物的浓度相等,为等效平衡,反应速率相等,ν丙=ν甲,乙中各反应物浓度平衡时接近甲丙的二倍,反应速率较大,ν乙>ν丙=ν甲,选项C错误;

D.体积相同的容器中,甲丙等效,单位体积气体总物质的量浓度相同,压强相等P甲 =P丙,乙中平衡时单位体积气体总物质的量接近甲丙的二倍,P乙>P甲 =P丙,选项D正确。

答案选BD。

练习册系列答案
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【题目】氢气是一种清洁能源。科学家探究太阳能制氢技术,设计流程图如图:

信息提示:以下反应均在150℃发生

2HI(aq)H2(g)+I2(g) △H1

SO2(g)+I2(g)+2H2O(g)=H2SO4(l)+2HI(g) △H2

2H2SO4(l)2H2O(g)+2SO2(g)+O2(g) △H3

2H2O(g)=2H2(g)+O2(g) △H4

请回答下列问题:

(1)△H4与△H1、△H2、△H3之间的关系是:△H4= ______ 。

(2)该制氢气技术的优点是 ______ ,若反应SO2(g)+I2(g)+2H2O(g)=H2SO4(l)+2HI(g)在150℃下能自发进行,则△H ______ 0(填“>”,“<”或“=”)。

(3)在某温度下,H2SO4在不同催化剂条件下分解产生氧气的量随时间变化如图所示,则下列说法正确的是 ______。

A H2SO4分解反应的活化能大小顺序是:Ea(A)>Ea(B)>Ea(C)

B 若在恒容绝热的密闭容器中发生反应,当K值不变时,说明该反应已经达到平衡

C 0~4小时在A催化剂作用下,H2SO4分解的平均速率v(O2)=1250molh-1

D 不同催化剂的催化效果不同,是因为活化分子百分数不相同

(4)对于反应:2HI(g)H2(g)+I2(g),在716K时,气体混合物中碘化氢的物质的量分数x(HI)与反应时间t的关系如表:

t/min

0

20

40

60

80

120

x(HI)

1

0.91

0.85

0.815

0.795

0.784

x(HI)

0

0.60

0.73

0.773

0.780

0.784

①根据上述实验结果,该反应的平衡常数 K的计算式为: ______ 。

②上述反应中,正反应速率为v正=k正x2(HI),逆反应速率为v逆=k逆x(H2)x(I2),其中k正、k逆为速率常数,则k逆为 ______ (以K和k正表示)。若k正=0.0027min-1,在t=40min时,v正= ______ min-1。

③由上述实验数据计算得到v正~x(HI)和v逆~x(H2)的关系可用图表示。当升高到某一温度时,反应重新达到平衡,相应的点分别为 ______ (填字母)。

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③写出该反应的离子反应方程式________;

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