(15分)将水煤气化转化成合成气,然后合成各种油品和石化产品是化工的极为重要的领域。除去水蒸气后的水煤气主要含H2、CO、CO2及少量的H2S、CH4,继续除去H2S后,可采用催化或非催化转化技术,将CH4转化成CO,得到CO、CO2和H2的混合气体,是理想的合成甲醇原料气。
(1)制水煤气的主要化学反应方程式为:C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g),此反应是吸热反应。
①此反应的化学平衡常数表达式为 ;
②下列能增大碳的转化率的措施是 ;
| A.加入C(s) | B.加入H2O(g) | C.升高温度 | D.增大压强 |
①X在750℃时催化效率最高,能使正反应速率加快约3×105倍;
②Y在600℃时催化效率最高,能使正反应速率加快约3×105倍;
③Z在440℃时催化效率最高,能使逆反应速率加快约1×106倍;
已知根据上述信息,你认为在生产中应该选择的适宜催化剂是 (填“X”或“Y”或“Z”),选择的理由是 ;
(3)合成气经压缩升温后进入甲醇合成塔,在催化剂作用下,进行甲醇合成,主要反应如下:
| 物质 | H2 | CO | CH3OH |
| 浓度/(mol·L-1) | 0.2 | 0.1 | 0.4 |
②比较此时正、逆反应速率的大小:
(4)生产过程中,合成气要进行循环,其目的是 。
(8分)(2011·扬州调研)在2 L密闭容器中反应2NO2(g)
2NO(g)+O2(g)在三种不同条件下进行,其中实验Ⅰ、Ⅱ都在800℃,实验Ⅲ在850℃,NO、O2的起始浓度都为0,NO2的浓度(mol·L-1)随时间(min)的变化如图所示。请回答下列问题:![]()
(1)对比实验Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ,得出的下列结论中正确的是( )
| A.实验Ⅱ和实验Ⅰ相比,可能隐含的反应条件是:反应容器的体积缩小了 |
| B.实验Ⅱ和实验Ⅰ相比,可能隐含的反应条件是:使用效率更高的催化剂 |
| C.实验Ⅰ条件下该反应的平衡常数大于实验Ⅲ条件下该反应的平衡常数 |
| D.对比实验Ⅰ和Ⅲ可知,该反应是吸热反应 |
(3)若实验Ⅰ中达平衡后,再向密闭容器中通入2 mol由物质的量之比为1 ∶1组成的NO2与NO混合气体(保持温度不变),则平衡将________移动,新平衡状态时NO2的物质的量浓度为________mol·L-1。
(4)若将实验Ⅲ所得的平衡混合气体通入足量的水中,欲使气体被完全吸收则至少应同时通入标准状况下的空气________L。(设空气中N2与O2体积比4 ∶1)
(8分)氮是地球上含量较丰富的一种元素,氮及其化合物在工农业生产、日常生活中有着重要作用。![]()
(1)右图是1mol NO2(g)和1mol CO(g)反应生成CO2(g)和NO(g)过程中能量变化示意图,请写出NO2和CO反应的热化学方程式 。
(2)在一定体积的密闭容器中,进行如下化学反应:
N2(g)+3H2(g)
2NH3(g) ![]()
其化学平衡常数K与温度t的关系如下表:
| t/℃ | 25 | 125 | 225 | … |
| K/(mol·L-1)-2 | 4.1×106 | K1 | K2 | … |
完成下列问题:
①比较K1、K2的大小:K1 K2(填“>”、“=”或“<”)。
②判断该反应达到化学平衡状态的依据是 (填序号)。
| A. | B. |
| C.容器内压强保持不变 | D.混合气体的密度保持不变 |
(16分)一定温度下在体积为5 L的密闭容器中发生可逆反应。
(Ⅰ)若某可逆反应的化学平衡常数表达式为:![]()
(1)写出该反应的化学方程式: ;
(2)能判断该反应一定达到化学平衡状态的依据是 (填选项编号)。
| A.器中气体的平均相对分子质量不随时间而变化 |
| B.υ正(H2O)=υ逆(H2) |
| C.容器中气体的密度不随时间而变化 |
| D.容器中总质量不随时间而变化 |
(Ⅱ)若该密闭容器中加入的是2molFe(s)与1mol H2O(g),t1秒时,H2的物质的量为
0.20mol,到第t2秒时恰好达到平衡,此时H2的物质的量为0.35mol 。
(1) t1~t2这段时间内的化学反应速率v(H2)= 。
(2)若继续加入2 mol Fe(s),则平衡 移动(填“向
正反应方向”、“向逆反应方向”或“不”),继续通入1mol H2O(g) 再次达到平衡后,H2物质的量为 mol。
(3)该反应的逆反应速率随时间变化的关系如右图。t1时改变了某种条件,改变的条件可能是 、 (填写2项)
(16分)在密闭容器中进行:
反应① Fe(s)+CO2(g)
FeO(s)+CO(g) △H1=" a" kJ·mol-1
反应② 2CO(g)+O2(g)
2CO2(g) △H2=" b" kJ·mol-1
反应③ 2Fe(s)+O2(g)
2FeO(s) △H3
(1)△H3= (用含a、b的代数式表示)
(2)反应①的化学平衡常数表达式K= ,已知500℃时反应①的平衡常数K=1.0,在此温度下2L密闭容器中进行反应①,Fe和CO2的起始量均为2.0mol,达到平衡时CO2的转化率为 ,CO的平衡浓度为
(3)将上述平衡体系升温至700℃,再次达到平衡时体系中CO的浓度是CO2浓度的两倍,则a 0(填“>”、“<”或“=”)。为了加快化学反应速率且使体系中CO的物质的量增加,其它条件不变时,可以采取的措施有 (填序号)。
| A.缩小反应器体积 | B.再通入CO2 |
| C.升高温度 | D.使用合适的催化剂 |