Question

【題目】CO2是一種常用的化工原料,可應(yīng)用于化學(xué)和食品加工過程的惰性保護、焊接氣體、植物生長刺激劑,在鑄造中用于硬化模和芯子及用于氣動器件,還應(yīng)用于殺菌氣的稀釋劑。請回答下列問題:

I.我國中科院研究所利用CO2與環(huán)氧丙烷()合成生物降解聚碳酸酯(PPC)和聚(碳酸酯-醚)多元醇,則環(huán)氧丙烷中碳元素的平均化合價為____,CO2 的結(jié)構(gòu)式為_________。

II.CO2 與H2反應(yīng)可用于生產(chǎn)甲醇

(1)已知氫氣與甲醇的燃燒熱分別為a kJ·mol-1、b kJ·mol-1 , H2O(g)= H2O(l) △H=c kJ·mol-1 ,CH3OH(g)=CH3OH(l) H=d kJ·mol-1，則CO2與H2反應(yīng)產(chǎn)生氣態(tài)甲醇與氣態(tài)水的熱化學(xué)方程式為__________________________。

(2)取一定體積的CO2和H2的混合氣體，加入恒容密閉容器中，發(fā)生上述反應(yīng)，相同時間內(nèi)，測得甲醇的體積分?jǐn)?shù)(CH3OH)與反應(yīng)溫度T的關(guān)系如圖1所示,則該反應(yīng)的 (CH3OH)隨反應(yīng)溫度T變化的原因為_______________。

(3)溫度為T時,向體積分別為V1、V2的甲.乙兩容器中充人相同量的CO2和H2的混合氣體,經(jīng)過一段時間兩容器均達到平衡，測得壓強分別為p1、p2,如圖2所示，則p1_____(填“>”“<”或“=”)p2。

(4)一定溫度下,在1 L的密閉容器中,充入1 mol CO2和3 mol H2,壓強為p0 kPa,發(fā)生上述反應(yīng),測得CO2(g)和CH3OH(g)的濃度隨時間變化如圖所示。

①反應(yīng)進行到4 min 時,v(正)________ (填“>”“<"或“=”)v(逆)。0~4 min,H2 的平均反應(yīng)速率v(H2)=______ mol· L-1·min- 1。

②CO2平衡時的體積分?jǐn)?shù)為____________，該溫度下Kp=________ (可逆反應(yīng)的平衡常數(shù)可以用平衡濃度計算,也可以用平衡分壓代替平衡濃度計算,分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)

Answer 1

【答案】 O=C=O CO2(g)＋3H2(g)=CH3OH(g)＋H2O(g) △H=(b－3a－c－d)kJ·mol－1 一定時間內(nèi)，當(dāng)溫度低于T1時，反應(yīng)未達到平衡，隨著溫度升高，反應(yīng)速率增大，甲醇的體積分?jǐn)?shù)增大；當(dāng)溫度大于T1時，反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，因該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，隨著溫度升高，平衡逆向進行，甲醇的體積分?jǐn)?shù)減小 > > 0.375 10%

【解析】

I.利用有機物中O為-2價，H為+1價，然后根據(jù)化合價代數(shù)和為0，得出C的價態(tài)；CO2分子中C和O共用兩個電子對；

II.(1)寫出氫氣、甲醇燃燒熱的熱化學(xué)反應(yīng)方程式，再根據(jù)水狀態(tài)、甲醇狀態(tài)的變化，最后根據(jù)蓋斯定律得出結(jié)果；

(2)T1點，甲醇的體積分?jǐn)?shù)達到最大，說明反應(yīng)達到平衡，小于T1時，反應(yīng)沒有達到平衡，大于T1時，從影響化學(xué)平衡移動的角度進行分析；

(3)圖2中先達到平衡，說明壓強大；

(4)①4min后，甲醇物質(zhì)的量濃度增大，說明未達到平衡，反應(yīng)向正反應(yīng)方向移動；根據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率的數(shù)學(xué)表達式進行計算；

②利用“三段式法”計算CO2的平衡時的體積分?jǐn)?shù)和Kp；

I.根據(jù)環(huán)氧丙烷的結(jié)構(gòu)式，推出其分子式為C3H6O，O為－2價，H為＋1價，化合價代數(shù)和為0，C的平均價態(tài)為；C和O之間共用2個電子對，CO2的結(jié)構(gòu)式為O=C=O；

II．(1)H2燃燒熱的熱化學(xué)反應(yīng)方程式為H2(g)＋O2(g)=H2O(l) △H1=－akJ·mol－1 ①；CH3OH(l)＋O2(g)=CO2(g)＋2H2O(l) △H2=－bkJ·mol－1 ②；H2O(g)=H2O(l) △H3=ckJ·mol－1 ③；CH3OH(g)=CH3OH(l) △H4=dkJ·mol－1；CO2與H2反應(yīng)生成甲醇與氣態(tài)水的方程式為CO2＋3H2=CH3OH＋H2O，根據(jù)蓋斯定律，有3×①－②－③－④得出：CO2(g)＋3H2(g)=CH3OH(g)＋H2O(g) △H=(b－3a－c－d)kJ·mol－1；

(2)由圖1可知，相同時間內(nèi)，測的甲醇體積分?jǐn)?shù)隨反應(yīng)溫度的升高先增大后減小，是因為一開始溫度低時，反應(yīng)未達到平衡，隨著溫度升高，反應(yīng)速率增大，相同時間內(nèi)生成的甲醇的量增大，當(dāng)反應(yīng)達到平衡后，由圖可知該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡左移，相同時間內(nèi)生成甲醇的量減少；

(3)根據(jù)圖2相同溫度下，甲容器中的反應(yīng)先達到平衡，說明甲容器中的壓強較大，即p1>p2；

(4)①根據(jù)圖像反應(yīng)進行到4min時，甲醇的物質(zhì)的量繼續(xù)增大，反應(yīng)正向進行，即v(正)>v(逆)；0～4min，消耗CO2的物質(zhì)的量濃度為(1－0. 5)mol·L－1=0.5mol·L－1，此時消耗H2的物質(zhì)的量濃度為1.5mol·L－1，根據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率的表達式v(H2)==0.375mol/(L·min)；

②則CO2的體積分?jǐn)?shù)為×100%=10%；相同條件下，壓強之比等于物質(zhì)的量之比，即達到平衡時總壓強為p=p0，Kp==。