【題目】近年來對CO2的有效控制及其高效利用的研究正引起全球廣泛關注.由CO2制備甲醇過程可能涉及反應如下:
反應Ⅰ:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)△H1=﹣49.58kJmol﹣1
反應Ⅱ:CO2(g)+H2(g)CO (g)+H2O(g)△H2
反應Ⅲ:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)△H3=﹣90.77kJmol﹣1
回答下列問題:
(1)反應Ⅱ的△H2= , 反應Ⅲ自發(fā)進行條件是(填“較低溫”、“較高溫”或“任何溫度”).
(2)在一定條件下2L恒容密閉容器中充入一定量的H2和CO2僅發(fā)生反應Ⅰ,實驗測得在不同反應物起始投入量下,反應體系中CO2的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度的關系曲線,如圖1所示.
①據(jù)圖可知,若要使CO2的平衡轉(zhuǎn)化率大于40%,以下條件中最合適的是
A.n(H2)=3mol,n(CO2)=1.5mol; 650KB.n(H2)=3mol,n(CO2)=1.7mol;550K
C.n(H2)=3mol,n(CO2)=1.9mol; 650KD.n(H2)=3mol,n(CO2)=2.5mol;550K
②在溫度為500K的條件下,充入3mol H2和1.5mol CO2 , 該反應10min時達到平衡:
a.用H2表示該反應的速率為;
b.該溫度下,反應I的平衡常數(shù)K=;
c.在此條件下,系統(tǒng)中CH3OH的濃度隨反應時間的變化趨勢如圖所示,當反應時間達到3min時,迅速將體系溫度升至600K,請在圖2中畫出3~10min內(nèi)容器中CH3OH濃度的變化趨勢曲線:
(3)某研究小組將一定量的H2和CO2充入恒容密閉容器中并加入合適的催化劑(發(fā)生反應I、Ⅱ、Ⅲ),測得在不同溫度下體系達到平衡時CO2的轉(zhuǎn)化率(a)及CH3OH的產(chǎn)率(b),如圖3所示,請回答問題:
①該反應達到平衡后,為同時提高反應速率和甲醇的生成量,以下措施一定可行的是(選填編號).
A.改用高效催化劑 B.升高溫度C.縮小容器體積 D.分離出甲醇 E.增加CO2的濃度
②據(jù)圖可知當溫度高于260℃后,CO的濃度隨著溫度的升高而(填“增大”、“減小”、“不變”或“無法判斷”),其原因是 .
【答案】
(1)+41.19 kJ?mol﹣1;降低溫
(2)B;0.135 mol?L﹣1?min﹣1;200; , ;
(3)CE;增大;反應I、反應III均為放熱反應,溫度升高不利于CO2、CO轉(zhuǎn)化為甲醇,反應II為吸熱反應,溫度升高使更多的CO2轉(zhuǎn)化為CO,綜上所述,CO的濃度一定增大
【解析】解:(1)反應Ⅰ:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)△H1=﹣49.58kJmol﹣1反應Ⅱ:CO2(g)+H2(g)CO (g)+H2O(g)△H2反應Ⅲ:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)△H3=﹣90.77kJmol﹣1根據(jù)蓋斯定律,反應Ⅱ=反應Ⅰ﹣反應Ⅲ,故△H2=△H1﹣△H3=49.58kJmol﹣1)﹣(﹣90.77kJmol﹣1)=+41.19 kJmol﹣1 ,
反應Ⅲ為熵減的反應,△S<0,反應自發(fā)進行,則△G=△H﹣T△S<0,故要自發(fā)進行需要在較低溫下進行,故答案為:+41.19 kJmol﹣1;較低溫;(2)①A.由曲線I可知,n(H2)=3mol,n(CO2)=1.5mol,650K 時二氧化碳的轉(zhuǎn)化率小于40%,故A錯誤;
B.n(H2)=3mol,n(CO2)=2mol,550K時二氧化碳轉(zhuǎn)化率小于40%,但接近40%,再移走0.3mol二氧化碳等效為選項中的平衡,二氧化碳的轉(zhuǎn)化率會增大,可能大于40%,故B正確;C.n(H2)=3mol,n(CO2)=1.5mol,650K時二氧化碳轉(zhuǎn)化率小于40%,再加入0.4mol二氧化碳等效為選項中的平衡,二氧化碳的轉(zhuǎn)化率會減小,故C錯誤;D.n(H2)=3mol,n(CO2)=2mol,550K時二氧化碳轉(zhuǎn)化率小于40%,再加入1mol二氧化碳等效為選項中的平衡,二氧化碳的轉(zhuǎn)化率會減小,故D錯誤;故選:B;②在溫度為500K的條件下,充入3mol H2和1.5mol CO2 , 該反應10min時達到平衡,平衡時二氧化碳的轉(zhuǎn)化率為60%,則轉(zhuǎn)化的二氧化碳為1.5mol×60%=0.9mol,
CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)
起始量(mol):1.53 0 0
變化量(mol):0.92.7 0.9 0.9
平衡量(mol):0.60.3 0.9 0.9
a.氫氣表示的反應速率= =0.135 molL﹣1min﹣1 , 故答案為:0.135 molL﹣1min﹣1;
b.該溫度下,反應I的平衡常數(shù)K= =200,故答案為:200;
c.3min時未到達平衡,此時迅速將體系溫度升至600K,瞬間甲醇的濃度不變,反應速率加快,到達平衡的時間小于10min,而在溫度為600K的條件下,充入3mol H2和1.5mol CO2 , 平衡時二氧化碳的轉(zhuǎn)化率約是42%,則平衡時甲醇的物質(zhì)的量約是1.5mol×42%=0.63mol,則平衡時甲醇的濃度約是0.315mol/L,3~10min內(nèi)容器中CH3OH濃度的變化趨勢曲線為: ,
故答案為: ;(3)①A.改用高效催化劑,能加快反應速率,縮短到達平衡的水解,但是不影響平衡的移動,甲醇生產(chǎn)量不變,故錯誤;
B.升高溫度,加快反應速率,正反應為放熱反應,平衡逆向移動,甲醇生產(chǎn)量減小,故B錯誤;C.縮小容器體積,增大壓強,加快反應速率,平衡正向移動,甲醇生產(chǎn)量增大,故C正確;D.分離出甲醇,平衡正向移動,甲醇生產(chǎn)量增大,但反應速率減慢,故C錯誤;
E.增加CO2的濃度,可以加快反應速率且使得平衡正向移動,甲醇生產(chǎn)量增大,故E正確,
故選:CE;②反應I、反應III均為放熱反應,溫度升高不利于CO2、CO轉(zhuǎn)化為甲醇,反應II為吸熱反應,溫度升高使更多的CO2轉(zhuǎn)化為CO,所以當溫度高于260℃后,CO的濃度一定增大,故答案為:增大;反應I、反應III均為放熱反應,溫度升高不利于CO2、CO轉(zhuǎn)化為甲醇,反應II為吸熱反應,溫度升高使更多的CO2轉(zhuǎn)化為CO,綜上所述,CO的濃度一定增大.
(1)反應Ⅰ:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)△H1=﹣49.58kJmol﹣1反應Ⅱ:CO2(g)+H2(g)CO (g)+H2O(g)△H2反應Ⅲ:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)△H3=﹣90.77kJmol﹣1根據(jù)蓋斯定律,反應Ⅱ=反應Ⅰ﹣反應Ⅲ,故△H2=△H1﹣△H3;
反應Ⅲ為熵減的反應,△G=△H﹣T△S<0反應自發(fā)進行;(2)A.由曲線I可知,n(H2)=3mol,n(CO2)=1.5mol,650K 時二氧化碳的轉(zhuǎn)化率小于40%;B.n(H2)=3mol,n(CO2)=2mol,550K時二氧化碳轉(zhuǎn)化率小于40%,但接近40%,再移走0.3mol二氧化碳等效為選項中的平衡,二氧化碳的轉(zhuǎn)化率會增大;C.n(H2)=3mol,n(CO2)=1.5mol,650K時二氧化碳轉(zhuǎn)化率小于40%,再加入0.4mol二氧化碳等效為選項中的平衡,二氧化碳的轉(zhuǎn)化率會減;D.n(H2)=3mol,n(CO2)=2mol,550K時二氧化碳轉(zhuǎn)化率小于40%,再加入1mol二氧化碳等效為選項中的平衡,二氧化碳的轉(zhuǎn)化率會減小;
②在溫度為500K的條件下,充入3mol H2和1.5mol CO2 , 該反應10min時達到平衡,平衡時二氧化碳的轉(zhuǎn)化率為60%,則轉(zhuǎn)化的二氧化碳為1.5mol×60%=0.9mol,
CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)
起始量(mol):1.5/span> 3 0 0
變化量(mol):0.9 2.7 0.9 0.9
平衡量(mol):0.6 0.3 0.9 0.9
a.根據(jù)v= 計算用H2表示該反應的速率;b.計算平衡濃度,代入平衡常數(shù)表達式K= 計算;c.3min時未到達平衡,此時迅速將體系溫度升至600K,瞬間甲醇的濃度不變,反應速率加快,到達平衡的時間小于10min,而在溫度為600K的條件下,充入3mol H2和1.5mol CO2 , 平衡時二氧化碳的轉(zhuǎn)化率約是42%,則平衡時甲醇的物質(zhì)的量約是1.5mol×42%=0.63mol,則平衡時甲醇的濃度約是0.315mol/L;(3)①A.改用高效催化劑不影響平衡的移動;B.升高溫度,加快反應速率且使得平衡逆向移動;C.縮小容器體積,增大壓強,加快反應速率且使得平衡正向移動;D.分離出甲醇,不能加快反應速率誤;E.增加CO2的濃度,可以加快反應速率且使得平衡正向移動;②反應I、反應III均為放熱反應,溫度升高不利于CO2、CO轉(zhuǎn)化為甲醇,反應II為吸熱反應,溫度升高使更多的CO2轉(zhuǎn)化為CO,所以當溫度高于260℃后,CO的濃度一定增大.
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【題目】已知Mg2C3的結構與CaC2相似,由此可斷定Mg2C3與水反應的產(chǎn)物是( )
A.Mg(OH)2和CH≡CH
B.MgO和CH≡CH
C.Mg(OH)2和CH3CH=CH2
D.Mg(OH)2和CH3C≡CH
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科目:高中化學 來源: 題型:
【題目】在標準狀況下,1L水中溶解700LNH3,所得溶液的密度為0.9g·cm-3,則氨水的濃度為
A. 18.4mol·L-1 B. 20.4mol·L-1 C. 37.7% D. 38.5%
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科目:高中化學 來源: 題型:
【題目】室溫時,0.1mol/L某一元酸HA的水溶液PH=4.下列描述不正確的是( )
A.該溶液中HA有0.1%發(fā)生了電離
B.此酸電離平衡常數(shù)約為10﹣7
C.升高溫度后溶液的PH增大
D.若將PH=2的HA溶液與PH=12的NaOH溶液等體積混合后PH=7
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科目:高中化學 來源: 題型:
【題目】下列離子方程式書寫正確的是( )
A.稀硫酸與氫氧化鋇溶液反應:H++OH﹣═H2O
B.碳酸氫鈉溶液與鹽酸反應:CO +2H+═CO2↑+H2O
C.鋁與氫氧化鈉溶液反應:2Al+2OH﹣+2H2O═2AlO +3H2↑
D.鐵與氯化鐵溶液反應:Fe3+Fe═2Fe2+
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科目:高中化學 來源: 題型:
【題目】氫能的存儲是氫能應用的主要瓶頸,2008年,Yoon等人發(fā)現(xiàn)Ca與C60生成的Ca32C60能大量吸附H2分子.
(1)C60晶體易溶于苯、CS2 , 說明C60是 分子(選填:“極性”、“非極性”);
(2)1mol C60分子中,含有σ鍵數(shù)目為 .
(3)MgH2是金屬氫化物儲氫材料,其晶胞結構如圖所示,已知該晶體的密度agcm﹣3 , 則晶胞的體積為 cm3[用a、NA表示阿伏加德羅常數(shù)].
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【題目】研究大氣中含硫化合物(主要是SO2和H2S)的轉(zhuǎn)化對環(huán)境保護具有重要意義.
(1)SO2的大量排放會引起嚴重的環(huán)境問題是 , 潮濕條件下,寫出大氣中SO2轉(zhuǎn)化為HSO3﹣的方程式 .
(2)土壤中的微生物可將大氣中H2S經(jīng)兩步反應氧化成SO42﹣ , 兩步反應的能量變化示意圖1如下:
1mol H2S(g)全部氧化成SO42﹣(aq)的熱化學方程式為
(3)SO2是工業(yè)制硫酸的原料氣體之一,一定溫度下,向容積為2L的密閉容器中充入一定量的SO2和O2 , 發(fā)生反應:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g),過程中測定的部分數(shù)據(jù)見表:
時間/min | n(SO2)/mol | n(O2)/mol |
0 | 0.10 | 0.050 |
4 | 0.050 | 0.025 |
5 | 0.040 | |
8 | 0.020 |
①反應在0~4min內(nèi)的平均速率為v(SO2)=;
②此溫度下該反應的化學平衡常數(shù)K= ,
③8min時,維持溫度不變,往反應容器中再通入0.020mol SO2(g),0.010mol O2(g),重新達到平衡時混合氣體中SO2的百分含量將(填“減小”,“增大”或“不變”).(4)將H2S 和空氣的混合氣體通入FeCl3、FeCl2、CuCl2的混合溶液中反應回收S,其物質(zhì)轉(zhuǎn)化如圖2所示:
①在溫度一定和不補加溶液的條件下,緩慢通入混合氣體,并充分攪拌.欲使生成的硫單質(zhì)中不含CuS,可采取的措施有 .
②一般來說,如果一個反應的平衡常數(shù)大于105 , 通常認為反應進行得較完全;相反,如果一個反應的平衡常數(shù)小于10﹣5 , 則認為這個反應很難進行.已知常溫下各物質(zhì)的溶度積及電離平衡常數(shù):
CuS:Ksp=6.3×10﹣36;H2S:K a1=1.3×10﹣7 , K a2=7.1×10﹣15 ,
通過計算說明反應CuS(s)+2H+ (aq)=Cu2+(aq)+H2S(aq)進行的程度 .
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科目:高中化學 來源: 題型:
【題目】下列敘述正確的是( )
A.硫離子的結構示意圖為
B.核外電子排布相同的微;瘜W性質(zhì)也相同
C.氫彈中用到的2H,3H互為同位素
D.同種元素的原子均有相同的質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)
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