【題目】由CO2制備甲醇過程可能涉及反應(yīng)如下:
反應(yīng)Ⅰ:CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g) +H2O(g) △H1=-49.58 kJmol-1
反應(yīng)Ⅱ:CO2(g)+ H2(g) CO (g)+H2O(g) △H2
反應(yīng)Ⅲ:CO(g)+2 H2(g) CH3OH(g) △H 3=-90.77 kJmol-1
回答下列問題:
(1)反應(yīng)Ⅱ的△H2= ,反應(yīng)Ⅲ自發(fā)進(jìn)行條件是 (填“低溫”、“高溫”或“任何溫度”)。
(2)某研究小組將一定量的H2和CO2充入恒容密閉容器中,在合適的催化劑條件下發(fā)生了反應(yīng)I、Ⅱ、Ⅲ,不同溫度下體系達(dá)到平衡時(shí)測得CO2的轉(zhuǎn)化率(a)及CH3OH的產(chǎn)率(b)變化如圖1所示。
①該反應(yīng)達(dá)到平衡后,為再提高反應(yīng)速率同時(shí)提高甲醇的生成量,可采取的措施有 。
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1,當(dāng)溫度高于260℃時(shí),CO2的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度的升高繼續(xù)增加,而CH3OH的產(chǎn)率卻反而下降,請說明理由 。
(3)已知:在2L恒容密閉容器中充入3mol H2和1.5mol CO2(一定條件下,僅考慮發(fā)生反應(yīng)Ⅰ),實(shí)驗(yàn)測得在不同溫度下,反應(yīng)體系中CO2的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度的關(guān)系曲線如圖2所示。實(shí)驗(yàn)測得:在500K時(shí),反應(yīng)Ⅰ經(jīng)10min時(shí)達(dá)到平衡,假如其他條件不變,當(dāng)反應(yīng)時(shí)間進(jìn)行到3min時(shí),迅速將反應(yīng)溫度升至600K進(jìn)行實(shí)驗(yàn),請?jiān)趫D3中畫出3~10min內(nèi)容器中CH3OH濃度的后續(xù)變化總趨勢圖。
【答案】(1)△H 2=+41.19 kJmol-1(2分)低溫(1分)
(2)①CE(2分) ②說明溫度高于260℃時(shí),CO2的轉(zhuǎn)化更有利于生成CO(1分)。因?yàn)椋?/span>反應(yīng)I為放熱反應(yīng),溫度升高不利于CO2轉(zhuǎn)化為甲醇(反應(yīng)的I活化能較低)(1分);反應(yīng)II為吸熱反應(yīng),溫度升高有利CO2轉(zhuǎn)化為CO(反應(yīng)II的活化能較高)(1分)
(3)(2分:評分要點(diǎn):起點(diǎn)連續(xù),終點(diǎn)在0.315左右,且要在10min之前達(dá)到平衡出現(xiàn)平臺)
【解析】
試題分析:(1)反應(yīng)Ⅰ:CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g) +H2O(g) △H1=-49.58 kJmol-1,反應(yīng)Ⅱ:CO2(g)+ H2(g) CO (g)+H2O(g) △H2,反應(yīng)Ⅲ:CO(g)+2 H2(g) CH3OH(g) △H 3=-90.77 kJmol-1,根據(jù)蓋斯定律,反應(yīng)Ⅱ=反應(yīng)Ⅰ-反應(yīng)Ⅲ,所以△H2=△H1-△H3=49.58kJ·mol-1-(-90kJ·mol-1)=+41.19 kJmol-1;反應(yīng)Ⅲ為熵減的反應(yīng),△S<0,反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行,則△G=△H-T△S,所以要自發(fā)進(jìn)行需要在較低溫度下進(jìn)行。
(2)①A.改用高效催化劑,能加快反應(yīng)速率,縮短到達(dá)平衡的水解,但是不影響平衡的移動,甲醇生產(chǎn)量不變,錯(cuò)誤;B.升高溫度,加快反應(yīng)速率,正反應(yīng)為放熱反應(yīng),平衡逆向移動,甲醇生產(chǎn)量減小,B錯(cuò)誤;C.縮小容器體積,增大壓強(qiáng),加快反應(yīng)速率,平衡正向移動,甲醇生產(chǎn)量增大,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(yīng)速率減慢,C錯(cuò)誤;E.增加CO2的濃度,可以加快反應(yīng)速率且使得平衡正向移動,甲醇生產(chǎn)量增大,E正確,答案選CE。
②當(dāng)溫度高于260℃時(shí),CO2的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度的升高繼續(xù)增加,而CH3OH的產(chǎn)率卻反而下降,說明溫度高于260℃時(shí),CO2的轉(zhuǎn)化更有利于生成CO。因?yàn)椋?/span>反應(yīng)I為放熱反應(yīng),溫度升高不利于CO2轉(zhuǎn)化為甲醇(反應(yīng)的I活化能較低);反應(yīng)II為吸熱反應(yīng),溫度升高有利CO2轉(zhuǎn)化為CO(反應(yīng)II的活化能較高)。
(3)3min時(shí)未到達(dá)平衡,此時(shí)迅速將體系溫度升至600K,瞬間甲醇的濃度不變,反應(yīng)速率加快,到達(dá)平衡的時(shí)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(shí)二氧化碳的轉(zhuǎn)化率約是42%,則平衡時(shí)甲醇的物質(zhì)的量約是1.5mol×42%=0.63mol,則平衡時(shí)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:
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:
【題目】現(xiàn)有NaHCO3和Na2CO3·xH2O的混合物,為了測定x值,某同學(xué)采用如圖所示的裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)(CaCl2、堿石灰均足量)。
(1)A裝置的作用是____________________________。
(2)B裝置的作用是____________________________。
(3)C裝置的作用是___________________________。
(4)若在裝置A的試管中裝入NaHCO3和Na2CO3·xH2O的混合物3.7 g,用酒精燈加熱到反應(yīng)完全,此時(shí)B管增重1.89 g,C管增重0.22 g,則x的值為__________________。
(5)該裝置還不是很完善,可能使測定結(jié)果偏小,應(yīng)如何改進(jìn)________________。為什么?_________________________。
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:
【題目】在鋁與稀硫酸的反應(yīng)中,已知10 s末,硫酸的濃度減少了0.6 mol/L,若不考慮反應(yīng)過程中溶液體積的變化,則10 s內(nèi)生成硫酸鋁的平均反應(yīng)速率是( )
A.0.02 mol/(L·s) B.1.8 mol/(L·s)
C.1.2 mol/(L·s) D.0.18 mol/(L·s)
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:
【題目】目前工業(yè)上可用CO2來生產(chǎn)燃料甲醇,有關(guān)反應(yīng)為:
CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH=—49.0 kJ·mol-1,F(xiàn)向體積為1L的密閉容器中,充入1molCO2和3molH2,反應(yīng)過程中測得CO2和CH3OH(g)的濃度隨時(shí)間的變化如圖所示。
(1)從反應(yīng)開始到平衡,氫氣的平衡濃度為C(H2)=_____________;
(2)若改變條件使平衡向正反應(yīng)方向移動,則平衡常數(shù)______________(填序號)
a.可能不變 b.可能減小 c.可能增大 d.不變、減小、增大皆有可能
(3)能夠說明該反應(yīng)已達(dá)到平衡的是__________(填字母序號,下同)。
A.恒溫、恒容時(shí),容器內(nèi)的壓強(qiáng)不再變化
B.恒溫、恒容時(shí),容器內(nèi)混合氣體的密度不再變化
C.一定條件下,CO2、H2和CH3OH的濃度保持不變
D.一定條件下,單位時(shí)間內(nèi)消耗3molH2的同時(shí)生成1mol CH3OH
(4)在其他條件不變的情況下,將體系體積壓縮到原來的二分之一,下列有關(guān)該體系的說法正確的是________。
a.氫氣的濃度減小 b.正反應(yīng)速率增大,逆反應(yīng)速率也增大
c.甲醇的物質(zhì)的量增加 d.重新平衡時(shí)n(H2)/n(CH3OH)增大
(5)求此溫度(T)下該反應(yīng)的平衡常數(shù)K= ________。若開始時(shí)向該1L密閉容器中充入1mol CO2,2mol H2,1.5mol CH3OH和1mol H2O(g),則反應(yīng)向________(填“正”或“逆”)反應(yīng)方向進(jìn)行。
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:
【題目】下列說法中正確的是( )
A. s電子云是在空間各個(gè)方向上伸展程度相同的對稱形狀
B. p電子云的形狀是對頂雙球
C. L電子層有d軌道
D. 2p軌道有一個(gè)未成對電子的基態(tài)原子和價(jià)電子排布為2s22p5的原子是同種元素的原子
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:
【題目】在原子的第n層電子層中,當(dāng)它為最外電子層時(shí),最多容納的電子數(shù)與(n-1)層相同,當(dāng)它為次外層時(shí),最多容納的電子數(shù)比(n+1)層多容納10個(gè)電子,則此電子層為( )
A. K層 B. L層 C. M層 D. N層
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:
【題目】對第n電子層,若它作為原子的最外層,則容納的電子數(shù)最多與(n-1)層的相同;當(dāng)它作為次外層,則其容納的電子數(shù)比(n+1)層上電子數(shù)最多能多10個(gè),那么第n層為:
A. L層 B. M層 C. N層 D. 任意層
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:
【題目】混合氣體由CH4和N2組成,測得混合氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的密度為0.893g/L,則混合氣體中N2和CH4的體積之比為
A.1:2 B.1:4 C.2:1 D.4:1
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