圖1是煤化工產(chǎn)業(yè)鏈的一部分,試運用所學知識,解決下列問題:
I.已知該產(chǎn)業(yè)鏈中某反應的平衡表達式為:K=
C(H2)?C(CO)
C(H2O)
,它所對應反應的化學方程式為
C(s)+H2O(g)?CO(g)+H2(g)
C(s)+H2O(g)?CO(g)+H2(g)

II.二甲醚(CH3OCH3)在未來可能替代柴油和液化氣作為潔凈液體燃料使用,工業(yè)上以CO和H2為原料生產(chǎn)CH3OCH3.工業(yè)制備二甲醚在催化反應室中(壓力2.0~10.0Mpa,溫度230~280℃)進行下列反應:
①CO(g)+2H2(g)
高溫
CH3OH(g)△H1=-90.7kJ?mol-1
②2CH3OH(g)
高溫
CH3OCH3(g)+H2O(g)△H2=-23.5kJ?mol-1
③CO(g)+H2O(g)
高溫
CO2(g)+H2(g)△H3=-41.2kJ?mol-1
(1)催化反應室中總反應的熱化學方程式為
3CO(g)+3H2(g)?CH3OCH3(g)+CO2(g)△H=-247KJ?mol-1
3CO(g)+3H2(g)?CH3OCH3(g)+CO2(g)△H=-247KJ?mol-1
.830℃時反應③的K=1.0,則在催化反應室中反應③的K
1.0(填“>”、“<”或“=”).
(2)在某溫度下,若反應①的起始濃度分別為:c(CO)=1mol/L,c(H2)=2.4mol/L,5min后達到平衡,CO的轉(zhuǎn)化率為50%,則5min內(nèi)CO的平均反應速率為
0.1mol/(L?min)
0.1mol/(L?min)
;若反應物的起始濃度分別為:c(CO)=4mol/L,c(H2)=a mol/L;達到平衡后,c(CH3OH)=2mol/L,a=
5.4
5.4
mol/L.
(3)為了尋找合適的反應溫度,研究者進行了一系列試驗,每次試驗保持原料氣組成、壓強、反應時間等因素不變,試驗結(jié)果如圖2,CO轉(zhuǎn)化率隨溫度變化的規(guī)律是
由圖表可知,溫度低于240℃時,CO的轉(zhuǎn)化率隨著溫度的升高而增大;溫度高于240℃時,CO的轉(zhuǎn)化率隨著溫度的升高而減小
由圖表可知,溫度低于240℃時,CO的轉(zhuǎn)化率隨著溫度的升高而增大;溫度高于240℃時,CO的轉(zhuǎn)化率隨著溫度的升高而減小
,其原因是
在較低溫時,各反應體系均未達到平衡,CO的轉(zhuǎn)化率主要受反應速率影響,隨著溫度的升高反應速率增大,CO的轉(zhuǎn)化率也增大;在較高溫時,各反應體系均已達到平衡,CO的轉(zhuǎn)化率主要受反應限度影響,隨著溫度的升高平衡向逆反應方向移動,CO的轉(zhuǎn)化率減小
在較低溫時,各反應體系均未達到平衡,CO的轉(zhuǎn)化率主要受反應速率影響,隨著溫度的升高反應速率增大,CO的轉(zhuǎn)化率也增大;在較高溫時,各反應體系均已達到平衡,CO的轉(zhuǎn)化率主要受反應限度影響,隨著溫度的升高平衡向逆反應方向移動,CO的轉(zhuǎn)化率減小

(4)“二甲醚燃料電池”是一種綠色電源,其工作原理如圖3所示.寫出a電極上發(fā)生的電極反應式
CH3OCH3+3H2O-12e-=2CO2+12H+
CH3OCH3+3H2O-12e-=2CO2+12H+

分析:Ⅰ、化學平衡常數(shù)指在一定溫度下,可逆反應達到平衡時,各生成物濃度的化學計量數(shù)次冪的乘積除以各反應物濃度的化學計量數(shù)次冪的乘積所得的比值.
Ⅱ、(1)根據(jù)蓋斯定律,已知熱化學方程式乘以適當?shù)南禂?shù)進行加減構(gòu)造目標熱化學方程式,反應熱也乘以相應的系數(shù),進行相應的加減.注意消除中間產(chǎn)物CH30H、H2O.
催化反應室中溫度小于830℃,升高溫度反應③平衡向正反應移動,平衡常數(shù)增大.
(2)5min后達到平衡,CO的轉(zhuǎn)化率為50%,則△c(CO)=1mol/L×50%=0.5mol/L,根據(jù)v(CO)=
△c
△t
計算v(CO).
計算該溫度下的平衡常數(shù),根據(jù)平衡常數(shù)計算平衡時氫氣的濃度,根據(jù)甲醇的平衡濃度計算氫氣濃度的變化量,進而計算a的值.
(3)由圖可知溫度低于240℃,CO的轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而增大;溫度高于240℃,CO的轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而減。
由圖表可知,在較低溫時,反應體系均未達到平衡,CO的轉(zhuǎn)化率主要受反應速率影響,隨著溫度的升高反應速率增大,CO的轉(zhuǎn)化率也增大;在較高溫時,反應體系均已達到平衡,隨著溫度的升高平衡向逆反應方向移動,CO的轉(zhuǎn)化率減小.
(4)由圖可知,a極通入甲醚,a極是負極發(fā)生氧化反應,b極通入氧氣,b極為正極,發(fā)生還原反應,正極電解反應式為3O2+12H++12e-=6H2O,總的電極反應式為CH3OCH3+3O2=2CO2+3H2O,總的電極反應式減去正極反應式可得負極電極反應式.
解答:解:Ⅰ、平衡表達式為:K=
C(H2)?C(CO)
C(H2O)
,生成物為CO、H2,反應物含有H2O,三者化學計量數(shù)分別為1、1、1,根據(jù)元素守恒,故另一反應物為固體C,反應中它所對應反應的化學方程式為C(s)+H2O(g)?CO(g)+H2(g).催化反應室中溫度小于830℃,升高溫度反應③平衡向正反應移動,平衡常數(shù)增大.
故答案為:C(s)+H2O(g)?CO(g)+H2(g);>.
Ⅱ、(1)已知①CO( g)+2H2(g)?CH3OH( g)△H1=-91KJ?mol-1,
②2CH30H(g)?CH30CH3(g)+H20(g)△H2=-24KJ?mol-1
③CO(g)+H2O(g)?CO2(g)+H2(g)△H3=-41KJ?mol-1,
根據(jù)蓋斯定律,①×2+②+③得3CO(g)+3H2(g)?CH3OCH3(g)+CO2(g)△H=-247KJ?mol-1
故答案為:3CO(g)+3H2(g)?CH3OCH3(g)+CO2(g)△H=-247KJ?mol-1
(2)5min后達到平衡,CO的轉(zhuǎn)化率為50%,則△c(CO)=1mol/L×50%=0.5mol/L,所以v(CO)=
0.5mol/L
5min
=0.1mol/(L?min);
該溫度到達平衡時,c(CO)=0.5mol/L,c(H2)=2.4mol/L-2×0.5mol/L=1.4mol/L,c(CH3OH)=0.5mol/L,所以該溫度下,平衡常數(shù)k=
0.5
0.5×1.42
=
25
49
,若反應物的起始濃度分別為:c(CO)=4mol/L,c(H2)=a mol/L,達到平衡后,c(CH3OH)=2mol/L,則平衡時c′(CO)=4mol/L-2mol/L=2mol/L,令平衡時氫氣的濃度為ymol/L,所以
2
2×y2
=
25
49

解得y=1.4,故a=2mol/L×2+1.4mol/L=5.4mol/L.
故答案為:0.1mol/(L?min);5.4.
(3)由圖表可知,溫度低于240℃時,CO的轉(zhuǎn)化率隨著溫度的升高而增大;溫度高于240℃時,CO的轉(zhuǎn)化率隨著溫度的升高而減。
在較低溫時,各反應體系均未達到平衡,CO的轉(zhuǎn)化率主要受反應速率影響,隨著溫度的升高反應速率增大,CO的轉(zhuǎn)化率也增大;在較高溫時,各反應體系均已達到平衡,CO的轉(zhuǎn)化率主要受反應限度影響,隨著溫度的升高平衡向逆反應方向移動,CO的轉(zhuǎn)化率減。
故答案為:溫度低于240℃時,CO的轉(zhuǎn)化率隨著溫度的升高而增大;溫度高于240℃時,CO的轉(zhuǎn)化率隨著溫度的升高而減小;
在較低溫時,各反應體系均未達到平衡,CO的轉(zhuǎn)化率主要受反應速率影響,隨著溫度的升高反應速率增大,CO的轉(zhuǎn)化率也增大;在較高溫時,各反應體系均已達到平衡,CO的轉(zhuǎn)化率主要受反應限度影響,隨著溫度的升高平衡向逆反應方向移動,CO的轉(zhuǎn)化率減。
(4)由圖可知,a極通入甲醚,a極是負極發(fā)生氧化反應,b極通入氧氣,b極為正極,發(fā)生還原反應,正極電解反應式為3O2+12H++12e-=6H2O,總的電極反應式為CH3OCH3+3O2=2CO2+3H2O,總的電極反應式減去正極反應式可得負極電極反應式,故負極電極反應式為CH3OCH3+3H2O-12e-=2CO2+12H+
故答案為:CH3OCH3+3H2O-12e-=2CO2+12H+
點評:題目綜合性較大,涉及蓋斯定律、熱化學方程式書寫、化學反應速率、化學平衡計算、平衡常數(shù)、原電池等內(nèi)容,難度中等,注意平衡常數(shù)的有關計算,成為近幾年高考的熱點,注意(4)中利用兩極電極反應式加合為總電極反應式書寫電極反應式.
練習冊系列答案
相關習題

科目:高中化學 來源: 題型:閱讀理解

如圖1是煤化工產(chǎn)業(yè)鏈的一部分,試運用所學知識,解決下列問題:

(1)已知該產(chǎn)業(yè)鏈中某反應的平衡表達式為:K=
[H2][CO]
[H2O]

它所對應的化學反應為:
C(s)+H2O(g)?CO(g)+H2(g)
C(s)+H2O(g)?CO(g)+H2(g)

(2)已知在一定溫度下,各反應的平衡常數(shù)如下:
C(s)+CO2(g)?2CO(g),K1                  ①
CO(g)+H2O(g)?H2(g)+CO2(g),K2        ②
C(s)+H2O(g)?CO(g)+H2(g),K3         ③
則K1、K2、K3,之間的關系是:
K3=K1×K2
K3=K1×K2

反應①的平衡常數(shù)K隨溫度的升高而
增大
增大
(增大/減小/不變).
一定溫度下,在三個容積均為2L的容器中均進行著③反應,各物質(zhì)的物質(zhì)的量濃度及正逆反應速率關系如下表所示.請?zhí)顚懕碇邢鄳目崭瘢?br />
容器編號 n(C)mol n(H2O)mol n(CO)mol n(H2)mol v、v比較
0.2 0.12 1.20 0.20 v=v
0.16 0.20 0.40 0.80 v
v
簡述理由:
Q=
0.2×0.4
0.1
=0.8<1=K,Q<K 平衡向正方向進行,所以v>v
Q=
0.2×0.4
0.1
=0.8<1=K,Q<K 平衡向正方向進行,所以v>v

(3)該產(chǎn)業(yè)鏈中氨催化氧化可以制硝酸,此過程中涉及氮氧化物,如NO、NO2、N2O4等.對反應N2O4(g)?2NO2(g)△H>O,在溫度為T1、T2時,平衡體系中N02的體積分數(shù)隨壓強變化曲線如圖2所示.下列說法正確的是
D
D
 
A.A、C兩點的反應速率:A>C
B.A、C兩點氣體的顏色:A深,C淺
C.B、C兩點的氣體的平均相對分子質(zhì)量:B<C
D.由狀態(tài)B到狀態(tài)A,可以用加熱的方法
(4)如果(3)中的反應達到平衡后,改變某一外界條件(不改變N2O4、NO2的量),反應速率v與時間t關系如右圖所示.圖中t4時引起平衡移動的條件可能是
增大壓強
增大壓強
;圖中表示平衡混合物中NO2的含量最高的一段時間是
t3~t4
t3~t4

查看答案和解析>>

科目:高中化學 來源: 題型:閱讀理解

如圖1是煤化工產(chǎn)業(yè)鏈的一部分,試運用所學知識,解決下列問題:
(1)該產(chǎn)業(yè)鏈中合成氨的反應在較低溫下能否自發(fā)進行?
可以
可以

(2)已知該產(chǎn)業(yè)鏈中某反應的平衡表達式為:K=
C(H2)C(CO)
C(H2O)
,它所對應的化學反應為:
C(s)+H2O(g)?CO(g)+H2(g);
C(s)+H2O(g)?CO(g)+H2(g);

(3)已知在一定溫度下,各反應的平衡常數(shù)如下:
C(s)+CO2(g)?2CO(g),K1
CO(g)+H2O(g?H2(g)+CO2(g),K2
C(s)+H2O(g)?CO(g)+H2(g),K3
則K1、K2、K3之間的關系是:
K3=K1×K2
K3=K1×K2

(4)煤化工通常通過研究不同溫度下平衡常數(shù)以解決各種實際問題.已知等體積的一氧化碳和水蒸氣進入反應器時,會發(fā)生如下反應:CO(g)+H2O(g)?H2(g)+CO2(g),該反應平衡常數(shù)隨溫度的變化如下:
溫度/℃ 400 500 800
平衡常數(shù)K 9.94 9 1
該反應的正反應方向是
放熱
放熱
反應(填“吸熱”或“放熱”),若在500℃時進行,設起始時CO和H2O的起始濃度均為0.020mol/L,在該條件下,CO的平衡轉(zhuǎn)化率為:
75%
75%

(5)從圖中看出氨催化氧化可以制硝酸,此過程中涉及氮氧化物,如NO、NO2、N2O4等.已知NO2和N2O4的結(jié)構(gòu)式分別是.已知N-N鍵鍵能為167kJ?mol-1,NO2中氮氧鍵的鍵能為466kJ?mol-1,N2O4中氮氧鍵的鍵能為438.5kJ?mol-1.請寫出NO2轉(zhuǎn)化為N2O4的熱化學方程式為
2NO2(g)?N2O4(g)△H=-57kJ?mol-1
2NO2(g)?N2O4(g)△H=-57kJ?mol-1
.對反應N2O4(g)?2NO2(g),在溫度為T1、T2時,平衡體系中NO2的體積分數(shù)隨壓強變化曲線如圖2所示.下列說法正確的是
D
D

A.A、C兩點的反應速率:A>C
B.A、C兩點氣體的顏色:A深,C淺
C.B、C兩點的氣體的平均相對分子質(zhì)量:B<C
D.由狀態(tài)B到狀態(tài)A,可以用加熱的方法
(6)以上述產(chǎn)業(yè)鏈中甲醇為燃料制成燃料電池,請寫出在氫氧化鉀介質(zhì)中該電池的負極反應式
CH3OH+8OH--6e-═CO32-+6H2O;
CH3OH+8OH--6e-═CO32-+6H2O;

查看答案和解析>>

科目:高中化學 來源:2011-2012學年浙江省溫州市十校聯(lián)考高三(上)期中化學試卷(解析版) 題型:填空題

如圖1是煤化工產(chǎn)業(yè)鏈的一部分,試運用所學知識,解決下列問題:
(1)該產(chǎn)業(yè)鏈中合成氨的反應在較低溫下能否自發(fā)進行?   
(2)已知該產(chǎn)業(yè)鏈中某反應的平衡表達式為:,它所對應的化學反應為:   
(3)已知在一定溫度下,各反應的平衡常數(shù)如下:
C(s)+CO2(g)?2CO(g),K1
CO(g)+H2O(g?H2(g)+CO2(g),K2
C(s)+H2O(g)?CO(g)+H2(g),K3
則K1、K2、K3之間的關系是:   
(4)煤化工通常通過研究不同溫度下平衡常數(shù)以解決各種實際問題.已知等體積的一氧化碳和水蒸氣進入反應器時,會發(fā)生如下反應:CO(g)+H2O(g)?H2(g)+CO2(g),該反應平衡常數(shù)隨溫度的變化如下:
溫度/℃400500800
平衡常數(shù)K9.9491
該反應的正反應方向是    反應(填“吸熱”或“放熱”),若在500℃時進行,設起始時CO和H2O的起始濃度均為0.020mol/L,在該條件下,CO的平衡轉(zhuǎn)化率為:   
(5)從圖中看出氨催化氧化可以制硝酸,此過程中涉及氮氧化物,如NO、NO2、N2O4等.已知NO2和N2O4的結(jié)構(gòu)式分別是.已知N-N鍵鍵能為167kJ?mol-1,NO2中氮氧鍵的鍵能為466kJ?mol-1,N2O4中氮氧鍵的鍵能為438.5kJ?mol-1.請寫出NO2轉(zhuǎn)化為N2O4的熱化學方程式為    .對反應N2O4(g)?2NO2(g),在溫度為T1、T2時,平衡體系中NO2的體積分數(shù)隨壓強變化曲線如圖2所示.下列說法正確的是   
A.A、C兩點的反應速率:A>C
B.A、C兩點氣體的顏色:A深,C淺
C.B、C兩點的氣體的平均相對分子質(zhì)量:B<C
D.由狀態(tài)B到狀態(tài)A,可以用加熱的方法
(6)以上述產(chǎn)業(yè)鏈中甲醇為燃料制成燃料電池,請寫出在氫氧化鉀介質(zhì)中該電池的負極反應式   

查看答案和解析>>

科目:高中化學 來源:2012-2013學年河南省鄭州四中高三(上)第四次調(diào)考化學試卷(解析版) 題型:解答題

圖1是煤化工產(chǎn)業(yè)鏈的一部分,試運用所學知識,解決下列問題:
I.已知該產(chǎn)業(yè)鏈中某反應的平衡表達式為:K=,它所對應反應的化學方程式為______.
II.二甲醚(CH3OCH3)在未來可能替代柴油和液化氣作為潔凈液體燃料使用,工業(yè)上以CO和H2為原料生產(chǎn)CH3OCH3.工業(yè)制備二甲醚在催化反應室中(壓力2.0~10.0Mpa,溫度230~280℃)進行下列反應:
①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)△H1=-90.7kJ?mol-1
②2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)△H2=-23.5kJ?mol-1
③CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)△H3=-41.2kJ?mol-1
(1)催化反應室中總反應的熱化學方程式為______.830℃時反應③的K=1.0,則在催化反應室中反應③的K______1.0(填“>”、“<”或“=”).
(2)在某溫度下,若反應①的起始濃度分別為:c(CO)=1mol/L,c(H2)=2.4mol/L,5min后達到平衡,CO的轉(zhuǎn)化率為50%,則5min內(nèi)CO的平均反應速率為______;若反應物的起始濃度分別為:c(CO)=4mol/L,c(H2)=a mol/L;達到平衡后,c(CH3OH)=2mol/L,a=______mol/L.
(3)為了尋找合適的反應溫度,研究者進行了一系列試驗,每次試驗保持原料氣組成、壓強、反應時間等因素不變,試驗結(jié)果如圖2,CO轉(zhuǎn)化率隨溫度變化的規(guī)律是______,其原因是______.
(4)“二甲醚燃料電池”是一種綠色電源,其工作原理如圖3所示.寫出a電極上發(fā)生的電極反應式______.

查看答案和解析>>

同步練習冊答案