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【题目】二甲醚(CH3OCH3)以其优良的性质,被称为21世纪的新型“清洁能源”,在未来可能替代柴油和液化气作为洁净液体燃料使用。工业上以CO和H2为原料生产CH3OCH3的新工艺主要发生三个反应:

①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)△H1=-91kJmol-1

②2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)△H2=-24kJmol-1

③CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)△H3=-41kJmol-1

回答下列问题:

(1)写出新工艺的总反应的热化学方程式:______

(2)某温度下在2L恒容密闭容器中加入CH3OH发生反应②,测得有关数据如下:

反应时间/min

0

1

2

3

4

n(CH3OH)/mol

1.02

0.42

0.22

0.02

0.02

①反应在2min内以CH3OCH3表示的化学反应速率为______

②该温度下的反应的平衡常数为______

(3)一定条件下的密闭容器中,在总反应达到平衡前,要使在单位时间内提高CO的转化率,可以采取的措施是______

A 增大压强 B 加入催化剂C 减少CO2的浓度 D 降低体系温度

(4)为了寻找合适的反应温度,研究者进行了一系列试验,每次试验保持原料气组成、压强、反应时间等因素不变,试验结果CO转化率随温度变化的规律如图1,试解释原因:______

(5)该研究者还测定了相同条件下氢气的残留量,请在图2中划出H2的残留量随温度变化的曲线______

【答案】3CO(g)+3H2(g)=CH3OCH3(g)+CO2(g)△H=-247KJ/mol 0.10mol/(Lmin) 625 AB 在较低温时,各反应体系均未达到平衡,CO的转化率主要受反应速率影响,随着温度的升高反应速率增大,CO的转化率也增大;在较高温时,各反应体系均已达到平衡,CO的转化率主要受反应限度影响,随着温度的升高平衡向逆反应方向移动,CO的转化率减小

【解析】

(1)①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)△H1=-91kJmol-1

②2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)△H2=-24kJmol-1

③CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)△H3=-41kJmol-1

盖斯定律计算①×2+(②+③)得到CO和H2为原料生产CH3OCH3的热化学方程式为:3CO(g)+3H2(g)=CH3OCH3(g)+CO2(g)△H=-247kJ/mol;

(2)①2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)△H2=-24kJmol-1,反应在2min内以CH3OCH3表示的化学反应速率v(CH3OCH3)=v(CH3OH)=×=0.10mol/(Lmin),

故答案为:0.10mol/(Lmin);

②2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)

起始量(mol/L) 0.51 0 0

变化量(mol/L) 0.5 0.25 0.25

平衡量(mol/L) 0.01 0.25 0.25

该温度下的反应的平衡常数K==625;

(3)3CO(g)+3H2(g)=CH3OCH3(g)+CO2(g)△H=-247KJ/mol,反应为气体体积减小的放热反应,要使在单位时间内提高CO的转化率,应将平衡正向移动或加快化学反应速率。

A.增大压强 既能加快化学反应速率,又能使平衡正向移动,CO转化率增大,选项A正确;

B.加入催化剂加快反应速率,缩短达到平衡的时间,单位时间内提高CO的转化率,选项B正确;

C.减少CO2的浓度,反应速率减小,单位时间内CO转化率减小,选项C错误;

D.降低体系温度,反应速率减小,单位时间内提高CO的转化率减小,选项D错误;

答案选AB;

(4)由图表可知,温度低于240℃时,CO的转化率随着温度的升高而增大;温度高于240℃时,CO的转化率随着温度的升高而减小,

在较低温时,各反应体系均未达到平衡,CO的转化率主要受反应速率影响,随着温度的升高反应速率增大,CO的转化率也增大;在较高温时,各反应体系均已达到平衡,CO的转化率主要受反应限度影响,随着温度的升高平衡向逆反应方向移动,CO的转化率减小;

(5)3CO(g)+3H2(g)=CH3OCH3(g)+CO2(g)△H=-247KJ/mol,反应为放热反应,反应开始正向进行,氢气残留量减小,到240°C左右反应达到平衡状态,升温平衡逆向移动,氢气残留量增加,H2的残留量随温度变化的曲线为:;

练习册系列答案
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(1)某学生在实验室用密度为1.15g/mL,质量分数为15%的工业品过氧乙酸配制0.1mol/L过氧乙酸溶液250mL,该生用量筒量取工业品过氧乙酸体积___________________ mL,除量筒、玻璃棒、烧杯外还需要的其它仪器是__________________________________________________________________________。

(2)该学生配制前设计了下列操作,其合理的操作顺序是___________________________________________(字母表示,每个字母只能用一次)。

A.用30mL水洗涤烧杯2~3次,洗涤液均注入容量瓶,振荡

B.用量筒准确量取所需体积的工业品过氧乙酸,沿玻璃棒倒入烧杯中,再加入少量水(约30mL),用玻璃棒慢慢搅动,使其混合均匀

C.将已冷却的工业品过氧乙酸沿玻璃棒注入容量瓶中

D.将容量瓶盖紧,倒置并振荡,摇匀

E.改用胶头滴管加水,使溶液凹面恰好与刻度相切

F.继续往容量瓶内小心加水,直到液面接近刻度1—2cm处

(3)若出现如下情况,对所配溶液浓度将有何影响(选填“偏高” 、“ 偏低”或“无影响”)?

a. 容量瓶用蒸馏水洗涤后未干燥,含有少量蒸馏水_____________________;

b. 转移溶液时,不慎有少量溶液洒在容量瓶外___________________________;

c.量取15%的工业品过氧乙酸时,仰视量筒___________________________________;

d.定容后,把容量瓶倒置摇匀后发现液面低于刻度线,补充几滴水至刻度线____________。

(4)下列叙述正确的是__________________(填字母)。

A.可用过滤的方法将过氧乙酸溶液中混有的NaCl除掉

B.过氧乙酸包装上应贴的危险警告标签应如右图所示

C.过氧乙酸应注意密闭、低温保存于棕色细口瓶中

D.过氧乙酸是一种有机物,它可以用于萃取碘水中的碘单质

(5)过氧乙酸半小时内会完全分解成乙酸(CH3COOH)和一种常见的气体单质,检验该气体单质的实验方法是_________________________________________________________________________________________。

(6)如果生产过氧乙酸的原料CH3COONa中混有了SO42-,要想除掉SO42-请选择下列试剂按照加入先后顺序填空_________________________(试剂不必选完,填序号)。

①盐酸②醋酸钡溶液③氯化钡溶液④醋酸⑤碳酸钠溶液⑥碳酸氢钠溶液

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