利用所学化学知识回答问题Ⅰ.甲醇是重要的化工原料.又可称为燃料．工业上利用合成气(主要成分为CO.CO2和H2)在催化剂的作用下合成甲醇.发生的主反应如下:①CO(g)+2H2(g)═CH3OH(g)△H=?②CO2(g)+3H2(g)═CH3OH(g)+H2O(g)△H=-58kJ/mol③CO2(g)+H2+H2O(g)△H=+41kJ/mol回答下� 题目和参考答案——青夏教育精英家教网—

题目内容

5．利用所学化学知识回答问题

Ⅰ、甲醇是重要的化工原料，又可称为燃料．工业上利用合成气（主要成分为CO、CO₂和H₂）在催化剂的作用下合成甲醇，发生的主反应如下：
①CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）△H=？
②CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-58kJ/mol
③CO₂（g）+H₂（g）═CO（g）+H₂O（g）△H=+41kJ/mol
回答下列问题：
（1）已知反应①中的相关的化学键键能数据如下：

化学键	H-H	C-O	C $\frac{\underline{\;←\;}}{\;}$O	H-O	C-H
E/（kJ•mol^-1）	436	343	1076	465	x

则x=413kJ/mol．
（2）若T℃时将6molCO₂和8molH₂充入2L密闭容器中发生反应②，测得H₂的物质的量随时间变化如图1中状态Ⅰ（图1中实线）所示．图1中数据A（1，6）代表在1min时H₂的物质的量是6mol．
①T℃时，状态Ⅰ条件下，平衡常数K=0.5；
②其他条件不变，仅改变温度时，测得H₂的物质的量随时间变化如图中状态Ⅲ所示，则状态Ⅲ对应的温度＞（填“＞”“＜”或“=”）T℃；
③一定温度下，此反应在恒容容器中进行，能判断该反应达到化学平衡状态依据的是bc．
a． 2个C=O断裂的同时有2个H-O生成     b．容器中混合气体平均摩尔质量不变
c．v逆（H₂）=3v正（CH₃OH）               d．甲醇和水蒸气的体积比保持不变
Ⅱ、二氧化碳的回收利用是环保领域研究的热点课题．
（1）CO₂经过催化氢化合成低碳烯烃．在2L恒容密闭容器中充入2moI CO₂和nmol H₂，在一定条件下发生反应：2C0₂（g）+6H₂（g）?CH₂=CH₂（g）+4H₂0（g），△H=-128kJ/mol．CO₂的转化率与温度、投料比[X=$\frac{n（{H}_{2}）}{n（C{O}_{2}）}$]的关系如图2所示．
①X₂＞  X₁（填“＞”、“＜”或“=”）
②在500K时，若B点的投料比为3.5，且从反应开始到B点需要10min，则v（H₂）=0.225mol/（L．min）．
（2）以稀硫酸为电解质溶液，利用太阳能将CO₂转化为低碳烯烃，工作原理图3如下，则左侧产生乙烯的电极反应式为2CO₂+12e^-+12H⁺=CH₂=CH₂+4H₂O．

分析（1）依据盖斯定律和化学反应焓变=反应物键能总和-生成物键能总和计算；
（2）①由图可知，T℃时平衡时氢气的物质的量为2mol，参加反应的氢气的物质的量为8mol-2mol=6mol，氢气的浓度变化量为$\frac{6mol}{2L}$=3mol/L，据此结合三段式计算平衡时各组分的平衡浓度，代入平衡常数表达式计算；
②由图可知，曲线Ⅲ到达平衡的时间缩短，反应速率加快，平衡时氢气的物质的量增大，平衡向逆反应移动，据此判断；
③达到反应平衡状态时，在一定条件下的可逆反应里，正反应速率和逆反应速率相等，反应混合物中各组成成分的百分含量保持不变，该反应就达到平衡状态，据此分析解答．
Ⅱ、（1）①相同条件下，投料比[X=$\frac{n（{H}_{2}）}{n（C{O}_{2}）}$]越大，二氧化碳的转化率越大，据此判断X₁、X₂的相对大小；
②若B点的投料比为3.5，且从反应开始到B点需要10min，n（CO₂）=2mol，则n（H₂）=10mol，B点二氧化碳的转化率为75%，则参加反应的n（CO₂）=2mol×75%=1.5mol，根据二氧化碳和氢气之间的关系式知，参加反应的n（H₂）=3n（CO₂）=4.5mol，则v（H₂）=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$；
（2）阴极上二氧化碳得电子和氢离子反应生成乙烯和水．

解答解：（1）依据盖斯定律计算①CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）△H=②-③=-58kJ/mol-41kJ/mol=-99kJ/mol
焓变=反应物键能总和-生成物键能总和，则反应①的△H=-99kJ/mol=1076kJ/mol+2×436kJ/mol-3×xkJ/mol-343kJ/mol-465kJ/mol，
解得：x=413kJ/mol，
故答案为：413kJ/mol；
（2）①由图可知，T℃时平衡时氢气的物质的量为2mol，参加反应的氢气的物质的量为8mol-2mol=6mol，氢气的浓度变化量为$\frac{6mol}{2L}$=3mol/L，则：
                     CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
开始（mol/L）：3           4                0                 0
变化（mol/L）：1             3                 1                  1
平衡（mol/L）：2             1                 1                  1
故该温度下平衡常数k=$\frac{c（C{H}_{3}OH）•c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）•{c}^{3}（{H}_{2}）}$=$\frac{1×1}{2×{1}^{3}}$=0.5，
故答案为：0.5
②由图可知，曲线Ⅲ到达平衡的时间缩短，反应速率加快，平衡时氢气的物质的量增大，平衡向逆反应移动，则条件改变是升温，
故答案为：＞；
③a.2个C=O断裂的同时有2个H-O生成，都是指正反应方向，所以不能判断达到了平衡状态，故a错误；
b．容器中混合气体平均摩尔质量不变，则正逆反应速率相等，表明反应达到平衡状态，故b正确；
c．v逆（H₂）=3v正（CH₃OH），则正逆反应速率相等，表明反应达到平衡状态，故c正确；
d．甲醇和水蒸气都是生成物，体积比始终保持不变，所以不能判断达到了平衡状态，故d错误；
故答案为：b c；
Ⅱ、（1）①相同条件下，投料比[X=$\frac{n（{H}_{2}）}{n（C{O}_{2}）}$]越大，二氧化碳的转化率越大，根据图知，相同温度下X₁的转化率大于X₂，所以X₁＞X₂，
故答案为：＞；
②若B点的投料比为3.5，且从反应开始到B点需要10min，n（CO₂）=2mol，则n（H₂）=7mol，B点二氧化碳的转化率为75%，则参加反应的n（CO₂）=2mol×75%=1.5mol，根据二氧化碳和氢气之间的关系式知，参加反应的n（H₂）=3n（CO₂）=4.5mol，则v（H₂）=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$=$\frac{\frac{4.5mol}{2L}}{10min}$=0.225mol/（L．min），
故答案为：0.225mol/（L．min）；
（2）阴极上二氧化碳得电子和氢离子反应生成乙烯和水．电极反应式为：2CO₂+12e^-+12H⁺=CH₂=CH₂+4H₂O，
故答案为：2CO₂+12e^-+12H⁺=CH₂=CH₂+4H₂O．

点评本题考查物质的量浓度随时间变化曲线、化学平衡常数、化学反应速率的有关计算、影响化学平衡的因素等，难度中等，注意分析曲线的变化特点．

练习册系列答案

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3．在0.1mol•L^-1CH₃COOH溶液中存在如下电离平衡：CH₃COOH?CH₃COO^-+H⁺，对于该平衡，下列叙述正确的是（　　）

	A．	加入水时，平衡向逆反应方向移动
	B．	加入少量CH₃COONa固体，平衡向逆反应方向移动，c（CH₃COO^-）增大
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20．①0.1molFe₂（SO₄）₃中含Fe³⁺0.2N_A 个；
②同温同压下，等体积的CH₄和C₂H₆两种气体所含分子数之比为1：1；
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7．把Ca（OH）₂固体放入一定量的蒸馏水中，一定温度下达到平衡：Ca（OH）₂（s）?Ca²⁺（aq）+2OH^-（aq）．当向悬浊液中加少量生石灰后，若温度保持不变，下列判断正确的是（　　）

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10．

以高纯H₂为燃料的质子交换膜燃料电池具有能量效率高、无污染等优点，但燃料中若混有CO将显著缩短电池寿命．以甲醇为原料制取高纯H₂是重要研究方向．
（1）甲醇在催化剂作用下裂解可得到H₂，氢元素利用率达100%，反应的化学方程式为CH₃OH $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CO+2H₂，该方法的缺点是产物H₂中CO含量最高．
（2）甲醇水蒸气重整制氢主要发生以下两个反应：
主反应：CH₃OH（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+3H₂（g）△H=+49kJ•mol^-1
副反应：H₂（g）+CO₂（g）═CO（g）+H₂O（g）△H=+41kJ•mol^-1
①既能加快反应速率又能提高CH₃OH平衡转化率的一种措施是升高温度．
②分析适当增大水醇比（n_H2O：n_CH3OH）对甲醇水蒸气重整制氢的好处提高甲醇的利用率，有利于抑制CO的生成．
③某温度下，将n_H2O：n_CH3OH=1：1的原料气充入恒容密闭容器中，初始压强为p₁，反应达到平衡时总压强为p₂，则平衡时甲醇的转化率为（$\frac{{P}_{2}}{{P}_{1}}$-1）×100%．（忽略副反应）
④工业生产中，单位时间内，单位体积的催化剂所处理的气体体积叫做空速[单位为m³/（m³催化剂•h），简化为h^-1]．一定条件下，甲醇的转化率与温度、空速的关系如图．空速越大，甲醇的转化率受温度影响越大．其他条件相同，比较230℃时1200h^-1和300h^-1两种空速下相同时间内H₂的产量，前者约为后者的3.2倍．（忽略副反应，保留2位有效数字）
（3）甲醇水蒸气重整制氢消耗大量热能，科学家提出在原料气中掺入一定量氧气，理论上可实现甲醇水蒸气自热重整制氢．
已知：CH₃OH（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂（g）△H=-193kJ•mol^-1
则5CH₃OH（g）+4H₂O（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═5CO₂（g）+14H₂（g）的△H=+3 kJ•mol^-1．

17．

向甲、乙两个容积均为1L的恒温恒容的密闭容器中，分别充入一定量的SO₂和O₂（其中，甲充入2mol SO₂、1mol O₂，乙充入1mol SO₂、0.5mol O₂），发生反应：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-197.74kJ•mol^-1．一段时间后达到平衡，测得两容器中c（SO₂）（mol•L^-1）随时间t（min）的变化关系如图所示．下列说法正确的是（　　）

	A．	放出的热量Q：Q（甲）＞2Q（乙）
	B．	体系总压强p：p（甲）＞2p（乙）
	C．	乙中前5 min内的反应速率v（O₂）=0.05mol•L^-1•min^-1
	D．	保持其他条件不变，若起始时向乙中充入0.4 mol SO₂、0.2 mol O₂、0.4 mol SO₃，则此时v（正）＞v（逆）

14．有一种烃，其结构简式可以表示为：

命名该有机物时，应认定它的主链上的碳原子数目是（　　）

15．下列反应的离子方程式正确的是（　　）

	A．	向明矾溶液中加入少量的烧碱溶液：Al³⁺+3OH^-=Al（OH）₃↓
	B．	在含有等物质的量的Fe（NO₃）₂和KI组成的混合溶液中滴入稀盐酸：3Fe²⁺+4H⁺+NO₃^-=3Fe³⁺+NO↑+2H₂O
	C．	碳酸氢铵溶液中滴加少量的NaOH溶液：HCO₃^-+OH^-=CO₃^2-+H₂O
	D．	硫化钠溶液呈碱性的原因：S^2-+2H₂O?H₂S+2OH^-

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