题目内容

【题目】甲烷是最简单的烃,是一种重要的化工原料。

(1)以甲烷为原料,有两种方法合成甲醇:

方法I:①

②

方法Ⅱ:③ _______kJ/mol

(2)在密闭容器中充入2 mol CH4 (g)和1 molO2 (g),在不同条件下进行反应:。实验测得平衡时甲醇的物质的量随温度、压强的变化如图所示。

①P1时升高温度,n(CH3OH)____(填“增大”、“减小”或“不变”);P1__P2(填“>"、“<”或“=”);

②E、F、N点对应的化学反应速率由大到小的顺序为____(用v(E)、v(F)、v(N)表示);

③下列能提高CH4平衡转化率的措施是____(填序号);

a.选择高效催化剂 b.增大投料比 c.及时分离产物

④若F点,n (CH3 OH) =1mol,总压强为2.5MPa,则To时F点用分压强代替浓度表示的平衡常数Kp=____。

(3)使用新型催化剂进行反应2CH4 (g)+O2(g)2CH3OH(g)。随温度升高CH3OH的产率如图所示。

①CH3OH产率在T1至T2时很快增大的原因是 ____;

②T2后CH3OH产率降低的原因可能是____。

【答案】-251.0 减小 > (N)>(F)>(E) c 2MPa-1 温度升高反应速率加快,且在此温度下催化剂活性增强 该反应是放热反应,升高温度,平衡逆向移动,CH3OH产率降低

【解析】

(1)根据盖斯定律,目标反应为[①+②]2,以此计算的反应热;

(2)①此反应的正反应是气体分子数减小的反应,增大压强,平衡向正反应方向移动;

②E、F点对应的温度相同;F、N点对应的压强相同;

③a.选择高效催化剂,只能加快反应速率,不能使平衡发生移动;

b.增大投料比,能提高O2转化率,CH4平衡转化率降低;

c.及时分离产物,平衡向正反应方向移动,转化率增大;

④列出三段式,找出各组分的平衡分压,代入平衡常数计算公式计算;

(3)①温度升高反应速率加快,且在此温度下催化剂活性增强,使产率增大;

②该反应是放热反应,升高温度,平衡逆向移动,CH3OH产率降低。

(1)①CH4(g)+O2(g)CO(g)+2H2(g)△H=-35.4kJmol-1
②CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)△H=-90.1kJmol-1
根据盖斯定律,[①+②]2得:2CH4(g)+O2(g)=2CH3OH(g) △H=[(-35.4kJ/mol)+(-90.1kJ/mol)]2=-251.0 kJ/mol;
因此,本题正确答案是:-251.0 ;

(2)①由反应式2CH4 (g)+O2(g)2CH3OH(g)可知,此反应的正反应是气体分子数减小的反应,增大压强,平衡向正反应方向移动。由图像可知,在相同压强下,随着温度升高,CH3OH(g)的物质的量减小,在相同温度下,P2到P1,CH3OH(g)的物质的量增大,说明平衡向正反应方向移动,即P1> P2。

因此,本题正确答案是:减小;>;

②E、F点对应的温度相同,但F点对应的压强较大,反应速率较大;F、N点对应的压强相同,但N点对应的温度较高,反应速率较大。故化学反应速率由大到小的顺序为(N)>(F)>(E),

因此,本题正确答案是:(N)>(F)>(E);

③a.选择高效催化剂,只能加快反应速率,不能使平衡发生移动,不能提高CH4平衡转化率;

b.增大投料比,能提高O2转化率,CH4平衡转化率降低;

c.及时分离产物,平衡向正反应方向移动,转化率增大;

因此,本题正确答案是:c;

④若F点,n (CH3 OH) =1mol,总压强为2.5MPa,

2CH4 (g)+O2(g)2CH3OH(g)

起始量(mol) 2 1 0

转化量(mol) 1 0.5 1

平衡量(mol) 1 0.5 1

CH4 、O2和CH3OH的平衡分压分别为2.5MPa、2.5MPa、2.5MPa,即1 MPa、0.5MPa、1MPa,

则平衡常数Kp==2MPa-1,

因此,本题正确答案是:2MPa-1;

(3)①温度升高反应速率加快,且在此温度下催化剂活性增强,使产率增大;

②该反应是放热反应,升高温度,平衡逆向移动,CH3OH产率降低。

因此,本题正确答案是:温度升高反应速率加快,且在此温度下催化剂活性增强;该反应是放热反应,升高温度,平衡逆向移动,CH3OH产率降低。

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