- 化学反应与能量
- 共8781题
氨在国民经济中占有重要地位。
(1)工业合成氨时,合成塔中每产生1 mol NH3,放出46.1 kJ的热量。
① 工业合成氨的热化学方程式是 。
② 已知:
N2 (g)2N (g)
H2 (g)2H (g)
则断开1 mol N-H键所需的能量是_______kJ。
(2)下表是当反应器中按n(N2):n(H2)=1:3投料后,在200℃、400℃、600℃下,反应达到平衡时,混合物中NH3的物质的量分数随压强的变化曲线。
① 曲线a对应的温度是 。
② 关于工业合成氨的反应,下列叙述正确的是 (填字母)。
A. 及时分离出NH3可以提高H2的平衡转化率
B. 加催化剂能加快反应速率且提高H2的平衡转化率
C. 上图中M、N、Q点平衡常数K的大小关系是K(M)=" K(Q)" >K(N)
③ M点对应的H2转化率是 。
(3)氨是一种潜在的清洁能源,可用作碱性燃料电池的燃料。电池的总反应为:
4NH3(g) + 3O2(g) = 2N2(g) + 6H2O(g)。
则该燃料电池的负极反应式是 。
正确答案
(1)①N2(g)+ 3H2(g) 2NH3(g),ΔH =" —92.2" kJ·mol-1② 391(2)① 200℃;② AC;③ 75%(3)2NH3-6e— + 6OH—= N2 + 6H2O
试题分析:(1)①合成塔中每生成1mol NH3,放出46.1kJ热量,依据热化学方程式写出,标注物质聚集状态和对应反应放出的热量,热化学方程式:N2(g)+3H2(g)2NH3(g),△H=-92.2kJ/mol;②反应焓变=反应物断裂化学键吸收的能量-生成物形成化学键放出的能量=3×436+945.8-6×N-H键键能=-92.2,N-H键键能=391kJ(2)合成氨反应为放热反应,反应温度越高越不利于反应的进行,曲线a的NH3的物质的量分数最高,其反应温度应相对最低,故a为200℃②A、及时分离出NH3可以使平衡正向移动,故A正确;B、催化剂能加快反应速率,但不能改变转化率,故B错误;C平衡常数K与温度有关,与其他条件无关,同一温度下的平衡常数相等,合成氨反应为放热反应,其温度越高平衡常数越小,故C正确;选AC;③在M点NH3的物质的量为60%,剩余物质的量为40%,又n(N2):n(H2)=1:3投料,故剩余H2物质的量为30%,因为N2(g)+3H2(g)
2NH3(g),即发生反应的H2物质的量为90%,故M点对应的H2转化率是
%=75%;(3)原电池中负极失去电子,化合价升高,发生氧化反应,反应式2NH3-6e—+6OH—=N2+6H2O。
化学反应原理对于工业生产和科研有重要意义
I、下列三个化学反应的平衡常数(K1、K2、K3)与温度的关系分别如下表所示:
请回答:
(1)反应①是 (填“吸热”或“放热”)反应。
(2)据反应①与②可推导出K1、K2与K3之间的关系,则K3=__________(用K1、K2表示)。
(3)要使反应③在一定条件下建立的平衡向逆反应方向移动,可采取的措施有 _____(填写字母序号)。
A.缩小反应容器的容积
B.扩大反应容器的容积
C.升高温度
D.使用合适的催化剂
E.设法减小平衡体系中的CO的浓度
(4)若反应③的逆反应速率与时间的关系如图所示:
①可见反应在t1、t3、t7时都达到了平衡,而t2、t8时都改变了一种条件,试判断改变的是什么条件:t2时__________________; t8时__________________。
②若t4时降压, t6时增大反应物的浓度,请在图中画出t4~t6时逆反应速率与时间的关系线。
II、(5)在载人航天器的生态系统中,不仅要求分离去除CO2,还要求提供充足的O2.某种电化学装置可实现如下转化:2CO2=2CO+O2,CO可用作燃料.已知该装置的阳极反应为:4OH--4e-=O2↑+2H2O,则阴极反应为 。
(6)某空间站能量转化系统的局部如图所示,其中的燃料电池采用KOH溶液作电解液。
如果某段时间内,氢氧储罐中共收集到33.6L气体(已折算成标准状况),则该段时间内水电解系统中转移电子的物质的量为 mol。
正确答案
(1)吸热
(2)
(3)CE
(4)①升高温度或增大CO2的浓度(增大H2的浓度);使用催化剂或增大压强
②
(5)2CO2+4e-+2H2O═2CO+4OH-(或CO2+2e-+H2O═CO+2OH-)(6)2mol
试题分析:(1)在反应①中随着温度的升高平衡常数增大,这说明升高温度平衡向正反应方向移动,因此正方应是吸热反应。
(2)根据反应①②并依据盖斯定律可知②-①即得到反应③,所以平衡常数之间的关系为K3=。
(3)根据表中数据可知,随着温度的升高K1逐渐增大,而K2逐渐减小,所以K3逐渐减小,这说明升高温度反应③向逆反应方向移动,因此正方应是放热反应。由于正方应是体积不变的可逆反应,所以要使平衡向逆反应方向移动,则可以升高温度或增大生成物的浓度或减小反应物的浓度,而压强和催化剂不能改变平衡,故答案选CE。
(4)①根据图像可知,t2时逆反应速率瞬间增大,然后逐渐减小,说明平衡向逆反应方向移动,由于正方应是体积不变的放热的可逆反应,所以改变的条件是升高温度或增大CO2的浓度(增大H2的浓度)。t8时逆反应速率瞬间增大,但平衡不移动,由于正方应是体积不变的放热的可逆反应,所以改变的条件是使用催化剂或增大压强。
②若t4时降压,反应速率均减小,但平衡不移动。t6时增大反应物的浓度,平衡向正反应方向移动,逆反应速率逐渐增大,因此t4~t6时逆反应速率与时间的关系线为
。
(5)电解池中阳极失去电子发生氧化反应,阴极得到电子发生还原反应,所以根据总反应式可知阴极是CO2得到电子被还原为CO,电极反应式为CO2+2e-+H2O═CO+2OH-。
(6)水电解生成氢气和氧气,所以氢氧储罐中共收集到33.6L气体应该是氢气与氧气的混合气,其中氧气是11.2L,氢气是22.4L,氢气的物质的量是1mol,转移2mol电子。
资源化利用二氧化碳不仅可减少温室气体的排放,还可重新获得燃料或重要工业产品。
(1)有科学家提出可利用FeO吸收和利用CO2,相关热化学方程式如下:6FeO(s)+CO2(g)=2Fe3O4(s)+C(s) △H="-76.0" kJ·mol一1
①上述反应中每生成1 mol Fe3O4,转移电子的物质的量为_______mol。
②已知:C(s)+2H2O(g)=CO2(g)+2H2(g) △H="+113.4" kJ·mol一1,则反应:3FeO(s)+ H2O(g)= Fe3O4(s)+ H2(g)的△H=__________。
(2)在一定条件下,二氧化碳转化为甲烷的反应如下:CO2(g)+4 H2 (g) C H4 (g)+2 H2O(g),向一容积为2 L的恒容密闭容器中充人一定量的CO2和H2,在300℃时发生上述反应,达到平衡时各物质的浓度分别为CO2 0.2 mol·L一1,H2 0.8 mol·L一1,CH40.8 mol·L一1,H2O1.6 mol·L一1。则CO2的平衡转化率为________。300 ℃时上述反应的平衡常数K=____________________。200℃时该反应的平衡常数K=64.8,则该反应的△H_____(填“>’’或“<”)O。
(3)华盛顿大学的研究人员研究出一种方法,可实现水泥生产时CO2零排放,其基本原理如
图所示:
①上述生产过程的能量转化方式是____________________。
②上述电解反应在温度小于900℃时进行,碳酸钙先分解为CaO和CO2,电解质为熔融碳酸钠,则阳极的电极反应式为___________________。
正确答案
(1)①2;②+18.7 kJ·mol-1(2)80%;25;<
(3)①太阳能和电能转化为化学能;②2CO32--4e-=2CO2↑+O2↑
试题分析:(1)①由6FeO(s)+CO2(g)=2Fe3O4(s)+C(s)知,反应方程式FeO中铁元素化合价+2升至Fe3O4中+,CO2由+4降至C中碳元素的0价,每生成1molC转移电子4mol,生成Fe3O4 2mol ,则生成1 mol Fe3O4转移电子2mol;②反应1:6FeO(s)+CO2(g)=2Fe3O4(s)+C(s),△H1="-76.0" kJ/mol;反应2:C(s)+2H2O(g)=CO2(g)+2H2(g),△H2="+113.4" kJ/mol,根据盖斯定理△H=
(△H1+△H2)=
(-76.0+113.4)="+18.7" kJ/mol(2)2 L的恒容密闭容器中反应达到平衡时CH4浓度为0.8 mol/L,CO2浓度为0.2 mol/L,由题意知CO2(g)+4H2(g)
CH4(g)+2H2O(g),反应的CO2与生成的CH4的物质量相等,CO2的平衡转化率为
=
=80%;300 ℃时上述反应的平衡常数K=
=25;由题意知300 ℃时,K=25,200℃时,K=64.8,对正反应为吸热的可逆反应,升高温度,平衡正向移动,正反应的程度增大,K增大,对正反应为放热的可逆反应,升高温度,平衡逆向移动,正反应的程度减小,K减小,则该反应为放热反应,△H<0(3)由图知,是用吸收的太阳能和电源电能进行反应能量的来源,故太阳能和电能转化为化学能;电解反应中阳极失电子发生氧化反应,由图知反应产物为O2,又电解质为熔融碳酸钠,故反应方程式:2CO32--4e-=2CO2↑+O2↑。
甲醇是一种可再生能源,具有开发和应用的广阔前景。工业上一般以CO和H2为原料合成甲醇,该反应的热化学方程式为:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H1=-116 kJ·mol-1
(1)下列有关上述反应的说法正确的是________。
a.恒温、恒容条件下,容器内的压强不发生变化则可逆反应达到平衡
b.一定条件下,H2的消耗速率是CO的消耗速率的2倍时可逆反应达到平衡
c.保持容器体积不变,升高温度可提高CO的转化率
d.使用合适的催化剂能缩短达到平衡的时间并提高CH3OH的产量
(2)在容积为1L的恒容容器中,分别研究在230℃、250℃、270℃三种温度下合成甲醇的规律。右图是上述三种温度下不同的H2和CO的起始组成比(起始时CO的物质的量均为1mol)与CO平衡转化率的关系。
①在上述三种温度中,曲线Z对应的温度是 。
②利用图中a点对应的数据,计算该反应在对应温度下的平衡常数K (写出计算过程)。
③在答题卡相应位置上画出:上述反应达到平衡后,减小体系压强至达到新的平衡过程中,正逆反应速率与时间的变化关系图并标注。
(3)已知:CO(g)+O2(g)=CO2(g) △H2=-283 kJ·mol-1
H2(g)+O2(g)=H2O(g) △H3=-242 kJ·mol-1
则表示1mol气态甲醇完全燃烧生成CO 2和水蒸气时的热化学方程式为 。
正确答案
(16分)
(1)①a(2分)
②(5分)解:根据图像可知CO的转化率为50%,H2的物质的量为1.5mol,则:
CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)
各组分的起始浓度/ mol·L-1 1 1.5 0
各组分的变化浓度/ mol·L-1 0.5 1 0.5
各组分的平衡浓度/ mol·L-1 0.5 0.5 0.5(2分)
K==
=4L2•mol—2
(3分,K的表达式、代入数据、结果各1分,不带单位不扣分)
③
共4分,分两个给分点:①逆反应速率变化曲线正确,而且标注正确,给2分(曲线起点或曲线平台或标注3要素,3个正确给2分,2个正确给1分,1个正确给0分。);②正反应速率变化曲线正确,而且标注正确,给2分(曲线起点或曲线平台或标注3要素,3个正确给2分,2个正确给1分,1个正确给0分。)
(3)CH3OH(g)+3/2O2(g) CO2(g)+2H2O(g) △H=—651kJ•mol—1
(3分,方程式含状态正确1分、反应热2分,单位错漏扣1分)
试题分析:(1)由于CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)的正反应是气体物质的量减小的方向,随着反应的正向进行,容器内气体总的物质的量逐渐减小,因此恒温、恒容条件下,容器内的压强逐渐减小,当压强不再变化,说明容器内气体总的物质的量保持不变,反应达到平衡,故a正确;氢气的消耗速率和CO得消耗速率都是正反应速率,它们之比始终等于系数之比,缺少逆反应速率,故b错;CO(g)+2H2(g)
CH3OH(g);△H1=-116 kJ·mol-1,说明正反应是放热反应,升高温度平衡向吸热或逆反应方向移动,则CO的转化率减小,故c错;催化剂不能使平衡移动,可以加快反应速率,因此使用催化剂能缩短达到平衡的时间,但是不能提高CH3OH的产量,故d错;(2)①合成甲醇方向是放热反应,升高温度平衡向吸热或逆反应方向移动,CO的平衡转化率减小,则CO的转化率越小,反应温度越高,图中n(H2)/n(CO)保持不变时,CO的平衡转化率:X>Y>Z,则曲线Z对应的温度是270℃;②读图可得,a点的横坐标n(H2)/n(CO)=1.5,纵坐标CO的平衡转化率为50%,设起始时n(CO)=1mol,则n(H2)=1.5mol,则:
CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)
各组分的起始浓度/ mol·L-1 1 1.5 0
各组分的变化浓度/ mol·L-1 0.5 1 0.5
各组分的平衡浓度/ mol·L-1 0.5 0.5 0.5
K==
=4L2•mol—2
③画图要点:a.由于CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)的正反应是气体体积减小的方向,增大容器体积减小体系压强时,平衡向气体体积增大或逆反应方向移动,则逆反应速率大于正反应速率;b.由于反应物和生成物均随容器体积增大而减小,则正反应速率和逆反应速率均明显减小;c.达到新平衡之前,逆反应速率逐渐减小,正反应速率逐渐增大,因为平衡向逆反应方向移动,生成物浓度逐渐减小,反应物浓度逐渐增大,但都比原平衡的小;d.达到新平衡时,正反应速率和逆反应速率相等,但都比原平衡的小;(3)先将已知两个热化学方程式编号为①②③,再根据盖斯定律,由②+③×2—①可得:CH3OH(g)+3/2O2(g)
CO2(g)+2H2O(g) △H=—651kJ•mol—1。
已知体积为2L的恒容密闭容器中发生反应:,请根据化学反应的有关原理同答下列问题
(1)一定条件下,充入2 mol SO2(g)和2 mol O2(g),20 s后,测得SO2的体积百分含量为12.5%,则用SO2表示该反应在这20s内的反应速率为____,此时,该密闭容器内混合气体的压强是反应前的____倍。
(2)下面的叙述可作为判断(1)中可逆反应达到平衡状态依据的是(填序号)____。
①
②混合气体的密度不变
③混合气体的平均相对分子质量不变
④各气体的浓度都不再发生变化
(3)下图表示该反应的速率(v)随时间(t)的变化的关系。则下列不同时间段中,SO3的百分含量最高的是( )
据图分析:你认为t3时改变的外界条件可能是 ;
t6时保持体积不变向体系中充人少量SO3,再次平衡后
SO2的体积百分含量比t6时 (填“大”\“小”或“等于”)。
(4)下图中P是可自由平行滑动的活塞。在相同温度时,向A容器中充入4 mol SO3(g),关闭K,向B容器中充入2 mol SO3(g),两容器分别发生反应。
已知起始时容器A和B的体积均为aL。试回答:
①反应达到平衡时容器B的体积为1.2a L,容器B中SO3转
化率为____
②若打开K,一段时间后重新达到平衡,容器B的体积为 __L(连通管中气体体积忽略不计,且不考虑温度的影响)。
(5)已知单质硫的燃烧热为△H=-296kJ/mol,经测定由S(s)生成120gSO3(g)可放热592.5kJ,请写出SO2(g)氧化生成SO3(g)的热化学方程式____。
正确答案
(1)0.04mol/(L·s)(2分) 0.8倍(2分)
(2)③④(2分)
(3)A(1分) 加入催化剂(1分) 小(1分)
(4)40℅(2分) 2.6a(2分)
(5)2SO2 (g) + O2 (g) 2SO3 (g);ΔH= -198 kJ·mol-1(2分)
或者: SO2 (g) + O2 (g)
SO3 (g);ΔH= -99 kJ·mol-1
(1)试题分析:2SO2 + O2 2SO3,
始量 2mol 2mol 0 mol
变量 2xmol xmol 2xmol
平衡 (2-2x) mol (2-x) mol 2xmol
依题意有: 解之得:x=0.8mol
所以用SO2表示该反应在这20s内的反应速率为:
依据阿伏加德罗定律的推论:同温同体积条件下,物质的量之比等于压强之比,有:
因此反应后的压强为反应前的0.8倍。
(2)①中这种关系在这个反应中是不管是否达到平衡状态一直存在,不正确;②中混合气体的密度也是时刻不变的,因为反应前后都是气体,质量守恒,而且体积是固定的。不正确。③该反应前后质量一定,但是正向是气体物质的量减小的方向,因此这是达到平衡的一个重要标志。正确。④各气体的浓度不再变化时,意味着各组分浓度t1是一定值,正确。
(3)t1~t2平衡逆向移动,t3~t4平衡不移动t4 ~t5平衡逆向移动,因此选A
t3~t4正逆反应速率同等程度改变,而该反应前后分子数改变,只能是加入催化剂。
体积不变时充入充人少量SO3,相当于增大压强。平衡向右移动。
(4)①试题分析:2SO3 2SO2 + O2 ,
始量 2mol 0 mol 0 mol
变量 2x mol 2x mol x mol
平衡 (2-2x) mol (0+2x) mol L (0+x) mol
依据阿伏加德罗定律的推论:同温同压条件下,物质的量之比等于体积之比,有:
解之得:x=0.4 所以转化率为40℅
②若打开K,A和B就成了一个容器,因此再次达到平衡时的总体积应该为3×1.2aL=3.6aL,除去A中原来的1L,B的体积就应该是2.6aL。
(5) 依题意有:1 mol的S最终生成1 mol的SO3会放出592.5/1.5=395 kJ的热量。再根椐盖斯定律可知1 mol的SO2(g)氧化生成1 mol的SO3(g)能放出444-395="99" kJ的热量。因此:
2SO2 (g) + O2 (g) 2SO3 (g);ΔH= -198 kJ·mol-1
或者:SO2 (g) + O2 (g)
SO3 (g);ΔH= -99 kJ·mol-1
工业废气、汽车尾气排放出的SO2、NOx等,是形成雾霾的重要因素。霾是由空气中的灰尘、硫酸、硝酸、有机碳氢化合物等粒子形成的烟雾。
(1)SO2在烟尘的催化下形成硫酸的反应方程式是__________。
(2)NOx和SO2在空气中存在下列平衡:
2NO(g)+ O2(g) 2NO2(g) △H= -113.0 kJ·mol-1
2SO2(g)+ O2(g) 2SO3(g) △H=-196.6 kJ·mol-1
SO2通常在二氧化氮的存在下,进一步被氧化,生成SO3。
①写出NO2和SO2反应的热化学方程式为________。
②随温度升高,该反应化学平衡常数变化趋势是________。
(3)提高2SO2 + O2 2SO3反应中SO2的转化率,是减少SO2排放的有效措施。
①T温度时,在1L的密闭容器中加入2.0 mol SO2和1.0 mol O2,5 min后反应达到平衡,二氧化硫的转化率为50%,该反应的平衡常数是_______。
②在①中条件下,反应达到平衡后,改变下列条件,能使SO2的转化率提高的是_______(填字母)。
a.温度和容器体积不变,充入1.0 mol He
b.温度和容器体积不变,充入1.0 mol O2
c.在其他条件不变时,减少容器的体积
d.在其他条件不变时,改用高效催化剂
e.在其他条件不变时,升高体系温度
(4)工业上利用氯碱工业产品治理含二氧化硫的废气。如图是氯碱工业中电解饱和食盐水的原理示意图。
①电解饱和食盐水的化学方程式是 。
②用溶液A吸收含二氧化硫的废气,其反应的离子方程式是 。
③用含气体B的阳极区溶液吸收含二氧化硫的废气,其反应的离子方程式是 。
正确答案
(1)SO2+H2OH2SO3 2H2SO3+O2==2H2SO4 (2分)
(2)①NO2(g)+SO2(g)= SO3(g)+NO(g) △H= -41.8 kJ·mol-1 (2分)
② 减小(2分)
(3)①2 (2分)② b c (2分)
①2NaCl +2H2O2NaOH +H2 ↑ +Cl2 ↑(2分)
②SO2 + OH- =HSO3-(或SO2 + 2OH- =SO32- + H2O)(1分)
③SO2 +Cl2+H2O==4H++SO42-+2Cl- (1分)
试题分析:(1)SO2在烟尘的催化下形成硫酸的反应方程式是SO2+H2OH2SO3 2H2SO3+O22H2SO4。
(2)①将已知的后个方程式减去前一个方程式,再除以2得:NO2和SO2反应的热化学方程式为NO2(g)+SO2(g)= SO3(g)+NO(g) △H= -41.8 kJ·mol-1。
②该反应是放热反应,随温度升高,该反应化学平衡常数变化趋势是减小。
(3)①2SO2 + O2 2SO3
起始:2.0 1.0 0
变化:2x x 2x
平衡:1.0 0.5 1.0
平衡常数K==2.
②在①中条件下,反应达到平衡后,改变下列条件,能使SO2的转化率提高的是使平衡正向移动。
a.温度和容器体积不变,充入1.0 mol He ,不改变反应物浓度,平衡不移动;
b.温度和容器体积不变,充入1.0 mol O2,平衡正向移动;
c.在其他条件不变时,减少容器的体积,加压,平衡正向移动;
d.在其他条件不变时,改用高效催化剂,不改变平衡状态;
e.在其他条件不变时,升高体系温度,平衡逆向移动。
(4)①电解饱和食盐水的化学方程式是2NaCl +2H2O2NaOH +H2 ↑ +Cl2 ↑。
②用NaOH溶液吸收含二氧化硫的废气,可生产SO32-或HSO3-。
③阳极区气体Cl2溶液吸收含二氧化硫的废气,是氧化SO2:SO2 +Cl2+H2O==4H++SO42-+2Cl-。
捕碳技术(主要指捕获CO2)在降低温室气体排放中具有重要的作用。
目前NH3和(NH4)2CO3已经被用作工业捕碳剂,它们与CO2可发生如下可逆反应:
反应Ⅰ:2NH3(l)+H2O(l)+CO2(g)(NH4)2CO3(aq) △H1
反应Ⅱ:NH3(l)+H2O(l)+CO2(g) (NH4)2HCO3(aq) △H2
反应Ⅲ:(NH4)2CO3(aq)+H2O(l)+CO2(g)2(NH4)2HCO3(aq) △H3
请回答下列问题:
(1)△H3与△H1、△H2之间的关系是:△H3 。
(2)为研究温度对(NH4)2CO3捕获CO2效率的影响,在某温度T1下,将一定量的(NH4)2CO3溶液置于密闭容器中,并充入一定量的CO2气体(用氮气作为稀释剂),在t时刻,测得容器中CO2气体的浓度。然后分别在温度为T2、T3、T4、T5下,保持其它初始实验条件不变,重复上述实验,经过相同时间测得CO2气体浓度,得到趋势图(见图1)。则:
①△H3 0(填>、=或<)。
②在T1~T2及T4~T5二个温度区间,容器内CO2气体浓度呈现如图1所示的变化趋势,
其原因是 。
③反应Ⅲ在温度为T1时,溶液pH随时间变化的趋势曲线如图2所示。当时间到达t1时,将该反应体系温度上升到T2,并维持该温度。请在图中画出t1时刻后溶液的pH变化总趋势曲线。
(3)利用反应Ⅲ捕获CO2,在(NH4)2CO3初始浓度和体积确定的情况下,提高CO2吸收量的措施有 (写出2个)。
(4)下列物质中也可能作为CO2捕获剂的是 。
正确答案
(1)2△H2-△H1
(2)①<
②T1-T2区间,化学反应未达到平衡,温度越高,化学反应的速率越快,所以CO2被捕获的量随温度升高而提高。T4-T5区间,化学反应已达到平衡,由于正反应是放热反应,温度升高平衡向逆反应方向移动,所以不利于CO2的捕获。
③
(3)降低温度;增加CO2浓度(或分压)
(4)B、D
(1)将反应Ⅰ倒过来书写:
(NH4)2CO3 (aq)2NH3 (l)+ H2O (l)+ CO2 (g) —△H1
将反应Ⅱ×2:
2NH3 (l)+ 2H2O (l)+ 2CO2 (g)2NH4HCO3 (aq) 2△H2
得:(NH4)2CO3 (aq) + H2O (l)+ CO2 (g)2NH4HCO3 (aq) △H3 =2△H2—△H1
(2)由图1可知:在温度为T3时反应达平衡,此后温度升高,c(CO2)增大,平衡逆向移动,说明反应Ⅲ是放热反应(△H3<0)。在T3前反应未建立平衡,无论在什么温度下(NH4)2CO3 (aq)总是捕获CO2,故c(CO2)减小。反应Ⅲ在温度为T1时建立平衡后(由图2可知:溶液pH不随时间变化而变化),迅速上升到T2并维持温度不变,平衡逆向移动,溶液pH增大,在T2时又建立新的平衡。
(3)根据平衡移动原理,降低温度或增大c(CO2)
(4)具有碱性的物质均能捕获CO2,反应如下:Na2CO3 +CO2 +H2O=2NaHCO3;HOCH2CH2NH2 +CO2 +H2O= HOCH2CH2NH3+ HCO3—。
【考点定位】考查热化学方程式书写,化学反应速率、化学平衡移动和化学方程式书写等。
氮是地球上含量丰富的一种元素,氮及其化合物在工农业生产、生活中有着重要作用。
(1)在固定容积的密闭容器中,进行如下化学反应:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) △H=—92.4kJ/mol,
其平衡常数K与温度T的关系如下表:
试判断K1 K2(填写“>” “ =”或“<”)。
(2)用2mol N2和3mol H2合成氨,三容器的反应温度分别为T1、T2、T3且恒定不变,在其它条件相同的情况下,实验测得反应均进行到t min时N2的质量分数如图所示,此时甲、乙、丙三个容器中一定达到化学平衡状态的是 ,都达到平衡状态时,N2转化率最低的是 。
(3)NH3与CO2在120oC,催化剂作用下可以合成反应生成尿素:CO2 +2NH3(NH2)2CO +H2O
在密闭反应容器中,混合气体中NH3的含量变化关系如图所示
(该条件下尿素为固体)。则A点的正反应/速率(CO2) B点的逆反应速率
(CO2)(填写“>”“=”或“<”),NH3的平衡转化率为____ ;
(4)已知下列热化学方程式:
2H2(g)+O2(g)=2H2O(1) △H = -571.6kJ/mol
N2(g)+O2(g)2NO(g) △H =+180kJ/mol
请写出用NH3还原NO的热化学方程式_ ;
(5)氨气在纯氧中燃烧,生成一种单质和水,试写出该反应的化学方程式____ 。科学家利用此原理,设计成氨气-氧气燃料电池,则通人氨气的电极是 (填“正极”或“负极”),在碱性条件下,通人氨气的电极发生的电极反应式为 。
正确答案
(1) >;
(2)丙 丙
(3)> 75%
(4) 6NO(g)+4NH3(g)=5N2(g)+6H2O(l) ΔH=-2070KJ/mol
(5)4NH3+5O24N2+6H2O 负 2NH3+ 6e-+6OH-= N2+6H2O
试题分析:(1)由该反应的热化学方程式N2(g)+3H2(g)2NH3(g) △H=—92.4kJ/mol可以看出:该反应的正反应为气体体积减小的放热反应。根据平衡移动原理:升高温度,化学平衡向吸热反应方向移动。即向逆反应方向移动。而化学平衡常数是可逆反应达到平衡状态时各生成物的浓度的幂指数的乘积与各反应物浓度幂指数乘积的比。升高温度,平衡向逆反应方向移动,化学平衡常数减小。所以K1>K2。(2)该反应是从正反应方向开始的,所以随着反应的进行,N2的浓度逐渐减小,其含量也在不断降低,当反应达到平衡时达到最小值。此后,随着反应温度的升高,化学平衡逆向移动,N2的浓度逐渐增大,其含量也在不断增多。由于T3比T2时多,说明T3的状态丙是已经达到平衡状态的,T2时是否达到平衡状态不能确定。若三者都达到平衡状态。由于温度T1< T2
(CO2)>B点的逆反应速率
(CO2)。在反应开始时,假设CO2与NH3的物质的量均为1mol.在反应过程中CO2消耗的物质的量为x,则NH3消耗量为2x,产生的水蒸气的物质的量为x,平衡时这三种气体的物质的量为(1-x)mol;(1-2x)mol; xmol.因为在平衡时NH3的含量为20%.所以
;解得
。所以NH3平衡转化率为
×100%=75%。给三个方程式进行编号。①N2(g)+3H2(g)
2NH3(g) △H=—92.4kJ/mol,②2H2(g)+O2(g)2H2O(1) △H = -571.6kJ/mol; ③N2(g)+O2(g)
2NO(g)△H =+180kJ/mol。②×3-①×2-③×3.整理可得:6NO(g)+4NH3(g)=5N2(g)+6H2O(l) ΔH=-2070KJ/mol。(5)氨气在纯氧中燃烧,生成一种单质和水,试写出该反应的化学方程式4NH3+5O2
4N2+6H2O。在燃料电池中,通入燃料的电极为负极,通入氧气的电极为正极。在碱性条件下,通人氨气的电极发生的电极反应式为2NH3+ 6e-+6OH-= N2+6H2O。通入O2的电极反应式为O2+4e-+2H2O=4OH-。
研究NO2、SO2 、CO等大气污染气体的测量及处理具有重要意义。
(1)I2O5可使H2S、CO、HC1等氧化,常用于定量测定CO的含量。已知:
2I2(s)+5O2(g)=2I2O5(s) △H=-75.56 kJ·mol-1
2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) △H=-566.0 kJ·mol-1
写出CO(g)与I2O5(s)反应生成I2(s)和CO2(g)的热化学方程式: 。
(2)一定条件下,NO2与SO2反应生成SO3和NO两种气体:NO2(g)+SO2(g)SO3(g)+NO(g)将体积比为1∶2的NO2、SO2气体置于密闭容器中发生上述反应,下列能说明反应达到平衡状态的是 。
a.体系压强保持不变
b.混合气体颜色保持不变
c.SO3和NO的体积比保持不变
d.每消耗1molSO2的同时生成1molNO
测得上述反应平衡时NO2与SO2体积比为1∶6,则平衡常数K= 。
(3)从脱硝、脱硫后的烟气中获取二氧化碳,用二氧化碳合成甲醇是碳减排的新方向。将CO2转化为甲醇的热化学方程式为:CO2 (g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) △H3
①取五份等体体积CO2和H2的的混合气体 (物质的量之比均为1:3),分别加入温度不同、容积相同的恒容密闭容器中,发生上述反应,反应相同时间后,测得甲醇的体积分数φ(CH3OH) 与反应温度T的关系曲线如图所示,则上述CO2转化为甲醇反应的△H3 0(填“>”、“<”或“=”)。
②在容积为1L的恒温密闭容器中充入1molCO2和3molH2,进行上述反应。测得CO2和CH3OH(g)的浓度随时间变化如下左图所示。若在上述平衡体系中再充0.5molCO2和1.5mol水蒸气(保持温度不变),则此平衡将 移动(填“向正反应方向”、“不”或“逆反应方向”)。
③直接甲醇燃料电池结构如上右图所示。其工作时负极电极反应式可表示为 。
正确答案
(1)5CO(g)+I2O5(s)=5CO2(g)+I2(s) △H=-1377.22kJ/mol
(2)b 2.67或8/3 (3)①< ②不 ③CH3OH-6e-+H2O=6H++CO2
试题分析:(1)根据反应①2I2(s)+5O2(g)=2I2O5(s) △H=-75.56 kJ·mol-1、②2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) △H=-566.0 kJ·mol-1并依据盖斯定律可知,(②×5-①)÷2即得到反应5CO(g)+I2O5(s)=5CO2(g)+I2(s),所以该反应的反应热△H=(-566.0 kJ/mol×5+75.56 kJ/mol)÷2=-1377.22kJ/mol。
(2)在一定条件下,当可逆反应的正反应速率和逆反应速率相等时(但不为0),反应体系中各种物质的浓度或含量不再发生变化的状态,称为化学平衡状态。该反应是反应前后气体分子数不变的反应,故体系的压强保持不变,故a不能说明反应已达到平衡状态;颜色深浅和浓度有关系,随着反应的进行,NO2的浓度减小,颜色变浅,故b可以说明反应已达平衡;SO3和NO都是生成物,比例保持1:1,故c不能作为平衡状态的判断依据;根据方程式可知,每消耗1molSO2的同时一定生成1molNO ,即d中所述的两个速率方向相同,不能作为平衡状态的判断依据,所以正确的答案选b。反应前后体积不变,因此可以用物质的量表示浓度计算平衡常数,则
NO2(g)+SO2(g)SO3(g)+NO(g)
起始量(mol) n 2n 0 0
转化量(mol) x x x x
平衡量(mol) n-x 2n-x x x
则根据平衡时NO2与SO2体积比为1∶6可知6×(n-x)=2n-x
解得x=0.8n
所以该反应的平衡常数K==
=
(3)①由图可知最高点反应到达平衡,达平衡后,温度越高,φ(CH3OH)越小,平衡向逆反应进行,升高温度平衡向吸热方向进行,逆反应为吸热反应,则正反应为放热反应,即△H3<0。
②根据图像可知,平衡时甲醇的浓度是0.75mol/L,则根据反应方程式CO2 (g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)可知,消耗CO2和氢气的浓度分别是0.75mol/L和2.25mol/L,生成水蒸气的浓度是0.75mol/L。则平衡时CO2和氢气的浓度分别是1mol/L-0.75mol/L=0.25mol/L、3mol/L-2.25mol/L=0.75mol,所以该反应的平衡常数K=
=
=
。若在上述平衡体系中再充0.5molCO2和1.5mol水蒸气(保持温度不变),则此时浓度商为
=
=
,所以此平衡将不移动。
③原电池中正极得到电子,发生还原反应,因此氧气在正极通入,氧气得电子和氢离子反应生成水,电极反应式为O2+4e-+4H+=2H2O。负极失去电子,发生氧化反应,因此甲醇在负极通入,电极反应式为CH3OH-6e-+H2O=6H++CO2。
(1)能源的开发利用与人类社会的可持续性发展息息相关。
已知:① Fe2O3(s)+3C(s)=2Fe(s)+3CO(g) △H1="a" kJ/mol
②CO(g)+1/2 O2(g)=CO2(g) △H2="b" kJ/mol
③4Fe(s)+3O2(g)=2Fe2O3(s) △H3="c" kJ/mol
则C的燃烧热____________________________kJ.mol-1
(2)某实验小组模拟工业合成氨反应N2+3H2 2NH3 △H ="-92.4" kJ/mol,开始他们将N2和H2混合气体20mol (体积比1:1)充入5L合成塔中.反应前压强为P0,反应过程中压强用P表示,反应过程中P/P0与时间t的关系如图所示。请回答下列问题:
①反应达平衡的标志是(填字母代号)_____________
A.压强保持不变
B.气体密度保持不变
C.NH3的生成速率是N2的生成速率的2倍
②2min时,以C(N2)变化表示的平均反应速率为___________
③若提高N2的转化率可采取的措施有_______________
A.向体系中按体积比1:1再充入N2和H2
B.分离出NH3
C.升高温度
D.充入He气使压强增大
E.加入一定量的N2
(3)25°C时,BaCO3和BaSO4的溶度积常数分别是8×10-9和1×10-10,某含有BaCO3沉淀的悬浊液中c(CO32-)=0.2mol/L,如果加入等体积的Na2SO4溶液,若要产生 BaSO4沉淀,加入Na2SO4溶液的物质的量浓度最小是________mol /L。
正确答案
(1) (2)①AC ② 0.1mol·L-1·min-1 ③AB (3)2.5×10-3
试题分析:(1)(①×2+②×6+③)÷6可得 △H=(2△H1+6△H2+△H3)÷6=。(2)①A.反应是在体积固定的密闭容器中进行的。由于反应N2+3H2
2NH3是一个反应前后气体的物质的量改变的化学反应。若压强不变,则气体的物质的量不变,反应达到平衡。正确。B. 由于容器的容积固定,无论反应是否达到平衡,气体的质量不变,气体密度也保持不变。错误。C.若NH3的生成速率是N2的生成速率的2倍,则每产生2个NH3,就会消耗1个N2。即N2生成速率与N2的生分解速率相等。正确。故选项为AC。③若提高N2的转化率,就要使化学平衡正向移动。A.向体系中按体积比1:1再充入N2和H2。即增大了体系的压强。增大压强化学平衡向正反应方向移动。反应物的转化率提高。正确。B.分离出NH3。减小生成物的浓度,化学平衡向向正反应方向移动,反应物的转化率提高。正确。C.由于该反应的正反应是一个气体体积减小的放热反应。升高温度化学平衡向吸热反应方向移动。所以升高温度化学平衡向逆反应方向移动,反应物的转化率降低。错误。D.充入He气使压强增大尽管压强增大,但未引起反应混合物的浓度发生改变,所以平衡不移动,N2的转化率不变。错误。E.加入一定量的N2。在其它条件不变的情况下,增大某反应物的浓度,可以使其它反应物的转化率提高,但它本身的转化率反而降低。错误。(3)c(CO32-)=0.2mol/L根据K(BaCO3)(sp)
CO32- +Ba2+.C(CO32-)·C((Ba2+)=8×10-9. C((Ba2+)=8×10-9÷0.2=4×10-8.根据K(BaSO4)(sp)
SO42-+ Ba2+. C(SO42-)·C((Ba2+)=1×10-10. C(SO42-)=1×10-10÷C((Ba2+)=1×10-10÷4×10-8=2.5×10-3.
某种优质燃油由甲、乙两种有机物混合而成,甲、乙两种物质含有C、H、O三种元素中的两种或三种。已知甲、乙及CO、H2的燃烧热如下:
取甲、乙按不同比例混合的燃油23 g,在足量的O2中燃烧时,放出的热量Q与混合物中乙的物质的量分数x的关系如图所示。试求:
(1)乙的相对分子质量Mr(乙)=________。
(2)160 g由甲、乙以等物质的量混合而成的燃油在347.2 L O2中恰好完全燃烧,得492.8 L气体,冷却到室温时,还剩余224 L(气体体积均在标准状况下测定)。由此可求得混合物中,C、H、O的原子个数比为________。甲、乙的分子式为:甲________;乙________。
(3)1 mol由甲、乙以等物质的量混合而成的燃油在一定量的O2中燃烧,放出热量2 876 kJ,则反应中生成CO________mol。
正确答案
(1)114 (2)10∶24∶1 C2H6O C8H18 (3)2
(1)当x=1.0时,燃油全部是乙,n(乙)=1113/5518=0.201 7 mol,则Mr(乙)=23/0.2017=114。当x=0时,同理可得Mr(甲)=46。
(2)160 g混合物燃烧生成n(CO2)=224/22.4=10 mol,n(H2O)=(492.8—224)/22.4=12 mol,根据CO2和H2O中的氧元素之和与消耗氧气的差值求得原混合物中含n(O)=1 mol,所以C、H、O的原子个数比为10∶24∶1。
设160 g混合物的物质的量为n mol,则
114n+46n=160,解得n=1。
所以甲的分子式为C2H6O,乙的分子式为C8H18。
(3)1 mol混合物完全燃烧应放出热量(1366+5518)/2kJ=3 442 kJ,实际放出热量2 876 kJ,所以生成CO的物质的量为(3442—2876)/283=2 mol。
科学家要研究跟碳元素及其化合物相关的很多课题。
(1)焦炭可用于制取水煤气。测得12g碳与水蒸气完全反应生成水煤气时,吸收了131. 6kJ热量,该反应的热化学方程式是_________ 。
(2)工业上可用焦炭冶炼金属,若0.5mol碳完全与赤铁矿反应,得到0.6mol铁,同时生成2种常见气体,则该反应的化学方程式是_________。
(3)碳跟水蒸气制水煤气的反应是一个可逆反应,下列情况下能判断该反应一定达到平衡状态的是_________(选填编号.)。
(4)温度T1时,在一体积为2L的密闭容积中,加入2.0molCO和2.0mol的H2,反应中c(H2O)的变化情况如图所示,T1时反应C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g)的平衡常数的数值为_________。在第5分钟时将体系的温发升高到T2,若在第8分钟时达到新的平衡,请在下图中画出第5分钟到9分钟后c(H2O)浓度变化趋势的曲线(只要求定性表示)。
正确答案
(1)C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) ∆H=+131.6KJ/mol;(2)5C+3Fe2O3
CO2↑+4CO↑+6Fe;(3)B D (4)8.1
试题分析:(1)根据题意可得方程式为:C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g) ∆H=+131.6KJ/mol;(2) 赤铁矿主要成分是Fe2O3,由于0.5mol碳完全反应得到0.6mol铁,说明反应的Fe2O3的物质的量为0.3mol,因为同时生成2种常见气体,则根据质量守恒定律可得该反应的化学方程式是5C+3Fe2O3
CO2↑+4CO↑+6Fe;(3)A.在任何时刻都存在V正(H2O)=V正(H2)。所以不能由此确定反应达到平衡状态。错误。B. 由于该反应伴随着能量变化。如果反应未达到平衡,无论向那个方向进行,容器内的温度必然发生改变。若容器中温度不再发生改变,则单位时间内任何物质的浓度就不再变化,即反应达到了平衡状态。正确。C.H2、CO都是生成物,在任何时刻都存在着消耗nmolH2同时消耗nmolCO 的关系,所以不能由此确定反应达到平衡状态。错误。D.该反应是个反应前后气体体积不等的反应,若容器中气体的总物质的量不随时间改变,必然反应达到了平衡状态。正确。(4)化学平衡常数是可逆反应达到平衡状态时个生成物浓度幂指数的乘积与各反应物浓度幂指数的乘积的比。当反应达到平衡状态时,c(H2O)="0.10mol/L," c(H2)="c(CO)=0.9mol/L."
因为该反应的正反应为吸热反应,所以升高温度,化学平衡向正反应方向移动,当到8分钟时达到那番话状态。其变化曲线见答案。
红磷P(s)和Cl2发生反应生成PCl3和PCl5,反应过程和能量关系如图所示(图中的△H表示生成1mol产物的数据)
据图回答下列问题
(1)P和Cl2反应生成PCl3的热化学方程式 ;
(2)PCl5分解生成PCl3和Cl2的热化学方程式 ;
上述分解反是一个可逆反应,温度T1时,在密闭容器中加入0.8mol PCl5,反应达到平衡时还剩余0.6mol PCl5,其分解率α1等于 ;若反应温度由T1升高到T2,平衡时PCl5分解率α2,α2 α1(填“大于”,“小于”或“等于”);
(3)工业上制备PCl5通常分两步进行,先将P和Cl2反应生成中间产物PCl3,然后降温,再和Cl2反应生成PCl5。原因是 ;
(4)P和Cl2分两步反应生成1mol PCl5的△H3= ;P和Cl2一步反应生成1mol PCl5的△H4 △H3 (填“大于”、“小于”或“等于”),原因是 。
正确答案
(1)2P(s)+3Cl2(g)=2PCl3(g) △H =-612kJ/mol(2分)
(2)PCl5(g)=PCl3(g)+Cl2(g) △H =+93kJ/mol(2分) 25%(2分) 大于(2分)
(3)因为PCl5分解反应是吸热反应,温度太高,不利于PCl5的生成(2分)
(4)-399kJ/mol (2分) 等于(1分),根据盖斯定律可知,如果一个化学反应可以分步进行,则各分步反应的反应热之和与该反应一步完成时的反应热是相同的(2分)
试题分析:(1)首先写出化学方程式并注明状态,然后根据图中的△H表示生成1mol产物的数据,可求出∆H=2×-306kJ•mol‾1=-612kJ•mol‾1,进而写出热化学方程式。
(2)PCl5分解生成PCl3和Cl2为图中反应的逆反应,∆H为相反数,为+93kJ•mol‾1;加入0.8mol PCl5,反应达到平衡时还剩余0.6mol PCl5,说明反应了0.2molPCl5,则分解率α1=0.2mol÷0.8mol×100%=25%;因为PCl5分解为吸热反应,温度升高,PCl5的分解率增大,故α2大于α1。
(3)温度过高,会促进PCl5的分解,不利于生成PCl5。
(4)根据图示可求出P和Cl2分两步反应生成1mol PCl5的△H3= —306kJ•mol‾1—93kJ•mol‾1=-399kJ•mol‾1;根据盖斯定律,对于一个化学反应,无论是一步完成还是分几步完成,其反应焓变都是一样的,所以∆H3=∆H4。
(13分)CH3CHO是有毒物质,易溶于水,含高浓度CH3CHO的废水可以用隔膜电解法处理,总反应为:
2CH3CHO(l) + H2O(l) CH3CH2OH(l) + CH3COOH(l) ;△H
(1)依次写出该反应中三个有机物的官能团名称_____、_______、_______(每空1分)
(2)已知CH3CH2OH、CH3CHO、CH3COOH的燃烧热分别为1366.8 kJ/mol、1166.4kJ/mol、874.8kJ/mol,则△H=_____________
(3)现在实验室中模拟乙醛废水的处理过程,模拟废水为一定浓度的乙醛—Na2SO4溶液,其装置示意图如下图所示。
①b是直流电源的______极。
②Na2SO4的作用是_______________________________________。
③阳极除去乙醛的电极反应为
(4)在实际工艺处理中,阴极区乙醛的去除率可达60%。若在两极区分别注入1 m3乙醛的含量为3000 mg/L的废水,可得到乙醇 kg(计算结果保留小数点后1位)。
正确答案
(1) 醛基、羟基、羧基 (2)-91.2kJ/mol
(3)负 增强溶液的导电性 (或辅助电解质)。 CH3CHO-2e-+H2O=CH3COOH+2H+
(4)1.9
试题分析:(1)该反应中的三个有机物分别是乙醛、乙醇和乙酸,官能团分别是醛基、羟基和羧基。(2)根据盖斯定律可知ΔH等于乙醛燃烧热的2倍减去乙醇的燃烧热和乙酸的燃烧热之和,所以ΔH="2(-1166.4kJ/mol)-(" 1366.8 kJ/mol)-(- 874.8kJ/mol)="-91.2" kJ/mol。(3)阳离子向阴极移动,根据阳离子的转移方向,可知b是负极,a是正极,因为乙醛不是电解质,水溶液不导电,所以Na2SO4的作用是增强溶液的导电性。阳极发生氧化反应,电极反应为:CH3CHO-2e-+H2O=CH3COOH+2H+。(4)1 m3废水中含乙醛3000mg/L×10-3×1m3×103=3000g,则乙醛的物质的量为,因为乙醛的去除率为60%,则生成乙醇68.2mol× 60%=40.9mol,质量为40.9mol×46g/mol=1882g≈1.9kg。
点评:本题综合性强,考查电解有机物的反应,锻炼学生分析问题解决问题的能力。
工业上常利用CO和H2合成可再生能源甲醇。
(1)已知CO(g)、CH3OH(l)的燃烧热分别为283.0 kJ·mol-1和726.5 kJ·mol-1,则CH3OH(l)不完全燃烧生成CO(g)和H2O(l)的热化学方程式为 。
(2)合成甲醇的方程式为CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH <0。
在230 ℃〜270 ℃最为有利。为研究合成气最合适的起始组成比n(H2):n(CO),分别在230 ℃、250 ℃和270 ℃进行实验,结果如下左图所示。其中270 ℃的实验结果所对应的曲线是_____(填字母);当曲线X、Y、Z对应的投料比达到相同的CO平衡转化率时,对应的反应温度与投较比的关系是 。
(3)当投料比为1∶1,温度为230 ℃,平衡混合气体中,CH3OH的物质的量分数为 (保留1位小数);平衡时CO的转化率 。
正确答案
(1)CH3OH (l) + O2(g) =" CO(g)" + 2H2O(l) ΔH=-443.5 kJ·mol-1
(2) Z 投料比越高,对应的反应温度越高 (3)33.3% 40%
试题分析:(1)CO(g)燃烧的热化学方程式为CO(g)+1/2 O2(g)= CO2(g) ΔH=" —283.0" kJ/mol ; ① CH3OH(l) 燃烧的热化学方程式为CH3OH(l) +3/2 O2(g)= CO2(g)+ + 2H2O(l) ΔH=" —726.5" kJ/mol; ②. ②-①整理可得:CH3OH (l) + O2(g) =" CO(g)" + 2H2O(l) ΔH=-443.5 kJ/mol.(2) 合成甲醇的方程式为CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) ΔH <0。由于该反应的正反应为放热反应,所以当反应达到平衡后,当n(H2)/n(CO)不变时,升高温度,化学平衡吸热反应 (即逆反应) 方向移动,CO的转化率降低,甲醇的产率也减小。因此这三个曲线中Z对应的是270 ℃的实验结果。这对合成甲醇的产率来说不利。但是温度过低,虽然产率高了,但反应速率太低,达到平衡所需要的时间太长,效率也不高。因此综上所述常采用在230 ℃〜270 ℃最为有利。根据平衡移动原理,在其它条件不变时,增加某种反应物的浓度,能使平衡正向移动,使其它反应物的转化率提高,而其本身的转化率降低。当曲线X、Y、Z对应的投料比达到相同的CO平衡转化率时,对应的反应温度与投较比的关系是投料比越高,对应的反应温度越高。(3)n(H2)/n(CO)=1:1,假设n(H2)= n(CO)=1mol,有图像可知在230 ℃,当反应达到平衡时CO的转化率为40%,,根据反应的方程式CO(g)+2H2(g)
CH3OH(g)可知:此时n(CO)="0.6mol," n(H2)=0.2mol,n(CH3OH) ="0.4mol," 在平衡混合气体中,CH3OH的物质的量分数为:0.4mol÷(0.6mol+0.2mol+0.4mol)×100%= 33.3%.
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