Question

【題目】氫氣既是一種清潔能源，又是一種化工原料，在國民經(jīng)濟中發(fā)揮著重要的作用。

（1）氫氣是制備二甲醚的原料之一，可通過以下途徑制取：

Ⅰ.2CO2（g）+6H2（g）CH3OCH3（g）+3H2O（g） △H

Ⅱ.2CO（g）+4H2（g）CH3OCH3（g）+H2O（g） △H

已知：①CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g） △H1=akJmol-1

②CO（g）+H2O（g）CO2（g）+H2（g） △H2=bkJmol-1

③CH3OCH3（g）+H2O（g）2CH3OH（g） △H3=ckJmol-1

則反應(yīng)Ⅱ的△H____kJmol-1

（2）氫氣也可以和CO2在催化劑（如Cu/ZnO）作用下直接生成CH3OH，方程式如下CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g），現(xiàn)將1molCO2（g）和3molH2（g）充入2L剛性容器中發(fā)生反應(yīng)，相同時間段內(nèi)測得CH3OH的體積分?jǐn)?shù)φ （CH3OH）與溫度（T）的關(guān)系如圖所示：

①經(jīng)過10min達(dá)到a點，此時CH3OH的體積分?jǐn)?shù)為20%．則v（H2）=___（保留三位小數(shù)）。

②b點時，CH3OH的體積分?jǐn)?shù)最大的原因是___。

③b點時，容器內(nèi)平衡壓強為 P0，CH3OH的體積分?jǐn)?shù)為30%，則反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp=___（用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓=總壓×體積分?jǐn)?shù)）

④a點和b點的v逆，a__b（填“＞”“＜”或”=”）若在900K時，向此剛性容器中再充入等物質(zhì)的量的CH3OH和H2O，達(dá)平衡后φ（CH3OH）___30%。

⑤在900K及以后，下列措施能提高甲醇產(chǎn)率的是____（填字母）

a．充入氦氣 b．分離出H2O c．升溫 d．改變催化劑

（3）H2還可以還原NO消除污染，反應(yīng)為2NO（g）+2H2（g）N2（g）+2H2O（g），該反應(yīng)速率表達(dá)式v=kc2（NO）c（H2）（k是速率常數(shù)，只與溫度有關(guān)），上述反應(yīng)分兩步進(jìn)行：

i.2NO（g）+H2（g）N2（g）+H2O2（g）△H1；ii．H2O2（g）+H2（g）2H2O（g）△H2化學(xué)總反應(yīng)分多步進(jìn)行，反應(yīng)較慢的一步控制總反應(yīng)速率，上述兩步反應(yīng)中，正反應(yīng)的活化能較低的是___（填“i”或“ii”）

Answer 1

【答案】（2a+2b-c） 0.086mol/（Lmin） 反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài) ＜ ＞ b ii

【解析】

(1)已知：①CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)△H1=akJmol-1，②CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)△H2=bkJmol-1，③CH3OCH3(g)+H2O(g)2CH3OH(g)△H3=ckJmol-1，蓋斯定律計算(①+②)×2-③得到反應(yīng)Ⅱ2CO(g)+4H2(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)的△H；

(2)①CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)，現(xiàn)將1 mol CO2(g)和3mol H2(g)充入2L剛性容器中發(fā)生反應(yīng)，經(jīng)過10min達(dá)到a點，此時CH3OH的體積分?jǐn)?shù)為20%．結(jié)合三行計算列式計算；

②b點時，CH3OH的體積分?jǐn)?shù)最大的原因是此點反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)；

③b點時，容器內(nèi)平衡壓強為 P0，CH3OH的體積分?jǐn)?shù)為30%，三行計算列式計算平衡物質(zhì)的量，用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓=總壓×體積分?jǐn)?shù)；

④a點v正＞v逆，b點v正=v逆，溫度升高反應(yīng)速率增大，若在900K時，向此剛性容器中再充入等物質(zhì)的量的CH3OH和H2O，相當(dāng)于總壓增大平衡正向進(jìn)行；

⑤在900K及以后，能提高甲醇產(chǎn)率的是改變條件平衡正向進(jìn)行；

(3)反應(yīng)為2NO(g)+2H2(g)N2(g)+2H2O(g)，該反應(yīng)速率表達(dá)式v=kc2(NO)c(H2)，反應(yīng)速率是由第一步?jīng)Q定，反應(yīng)活化能大。

(1)已知：①CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H1=akJmol-1

②CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) △H2=bkJmol-1

③CH3OCH3(g)+H2O(g)2CH3OH(g) △H3=ckJmol-1

蓋斯定律計算(①+②)×2-③得到反應(yīng)Ⅱ2CO(g)+4H2(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)△H=(2a+2b-c)KJ/mol，故答案為：(2a+2b-c)；

(2)①CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)，現(xiàn)將1molCO2(g)和3molH2(g)充入2L剛性容器中發(fā)生反應(yīng)，經(jīng)過10min達(dá)到a點，此時CH3OH的體積分?jǐn)?shù)為20%。結(jié)合三行計算列式計算，設(shè)消耗二氧化碳物質(zhì)的量為x，

CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)

起始量(mol)1 3 0 0

變化量(mol)x 3x x x

平衡量(mol)1-x 3-3x x x

CH3OH的體積分?jǐn)?shù)==20%，x=mol，

v(H2)==0.086mol/(Lmin)，故答案為：0.086mol/(Lmin)；

②b點時，CH3OH的體積分?jǐn)?shù)最大的原因是反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故答案為：反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)；

③b點時，容器內(nèi)平衡壓強為P0，CH3OH的體積分?jǐn)?shù)為30%，消耗二氧化碳物質(zhì)的量y，

CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)

起始量(mol) 1 3 0 0

變化量(mol)y 3y y y

平衡量(mol)1-y 3-3y y y

=0.3，y=0.75mol，平衡狀態(tài)氣體總物質(zhì)的量=4mol-2×0.75mol=2.5mol，反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp==，故答案為：；

④a點v正＞v逆，b點v正=v逆，溫度升高反應(yīng)速率增大，a點和b點的v逆，a＜b，若在900K時，向此剛性容器中再充入等物質(zhì)的量的CH3OH和H2O，相當(dāng)于增大總壓，平衡正向進(jìn)行，達(dá)平衡后φ(CH3OH)＞30%，故答案為：＜；＞；

⑤在900K及以后，能提高甲醇產(chǎn)率的是平衡正向進(jìn)行，

a．充入氦氣 總壓增大分壓不變，平衡不變，故a錯誤；

b．分離出H2O，平衡正向進(jìn)行，甲醇產(chǎn)率增大，故b正確；

c．圖中分析升溫甲醇體積分?jǐn)?shù)減小，說明正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，反應(yīng)升溫 平衡逆向進(jìn)行，甲醇產(chǎn)率減小，故c錯誤；

d．改變催化劑，不改變化學(xué)平衡，甲醇產(chǎn)率不變，故d錯誤；

故答案為：b；

(3)H2還可以還原NO消除污染，反應(yīng)為2NO(g)+2H2(g)N2(g)+2H2O(g)，該反應(yīng)速率表達(dá)式v=kc2(NO)c(H2)(k是速率常數(shù)，只與溫度有關(guān))，上述反應(yīng)分兩步進(jìn)行：i.2NO(g)+H2(g)N2(g)+H2O2(g)△H1；ii．H2O2(g)+H2(g)2H2O(g)△H2化學(xué)總反應(yīng)分多步進(jìn)行，反應(yīng)較慢的一步i反應(yīng)控制總反應(yīng)速率，反應(yīng)活化能大，正反應(yīng)的活化能較低的是ii，故答案為：ii。