9.乙二醇是一種重要的有機(jī)化工原料,在478K利用草酸二甲酯催化加氫合成乙二醇的反應(yīng)歷程如下:
①CH3OOCCOOCH3(g)+2H2(g)?HOCH2COOH3(g)+CH3OH(g)△H1=a kJ/mol
②HOCH2COOCH3(g)+2H2(g)?HOCH2CH2OH(g)+CH3OH(g)△H2=b kJ/mol
③HOCH2CH2OH(g)+H2(g)?C2H5OH(g)+H2O(g)△H3=c kJ/mol
(1)寫出478K時草酸二甲酯催化加氫合成乙二醇的熱化學(xué)方程式:CH3OOCCOOCH3(g)+4H2(g)?HOCH2CH2OH(g)+2CH3OH(g)△H=(a+b)kJ/mol.
(2)下表是各反應(yīng)在不同溫度下的平衡常:
反應(yīng)/K/溫度458K     478K    488K


1.78×104  1.43×104   1.29×104
1.91×107  1.58×107   1.45×107
8.11×108  3.12×108   2.00×108
①寫出反應(yīng)③的平衡常數(shù)表達(dá)式K=$\frac{c({C}_{2}{H}_{5}OH)•c({H}_{2}O)}{c(HOC{H}_{2}C{H}_{2}OH)•c({H}_{2})}$,△H3<0(選填“>”、“=”或“<”).
②下列有關(guān)反應(yīng)②的說法中,正確的是AB(選填號).
A.較低溫度有利于反應(yīng)②自發(fā)進(jìn)行
B.恒容條件下,當(dāng)反應(yīng)混合氣體的平均摩爾質(zhì)量不再改變時,反應(yīng)達(dá)到了平衡
C.升高溫度,有利于提高乙二醇的產(chǎn)率
D.增加氫氣的濃度,一定既能加快反應(yīng)的速率,又能提高乙二醇的百分含量
(3)分析圖1、圖2,選擇工業(yè)上合成乙二醇的最佳壓強(qiáng)n(H2):n(草酸二甲酯)比例C(選填編號).

A.0~1Mpa,n(H2):n(草酸二甲酯)=40   B.1~2Mpa,n(H2):n(草酸二甲酯)=20
C.2~3Mpa,n(H2):n(草酸二甲酯)=40    D.2~3Mpa,n(H2):n(草酸二甲酯)=20
(4)圖3表示溫度對反應(yīng)的影響,試分析工業(yè)上合成乙二醇時,實際溫度不高也不低,選擇在473K的理由?此反應(yīng)的催化劑在473K時催化活性最好.
(5)對反應(yīng)①,在478K、恒壓條件下,充入草酸二甲酯和H2各2mol,一段時間后達(dá)平衡,若在t1時刻再充入各1mol的反應(yīng)物(其它條件不變),t2時重新達(dá)到平衡,請在圖4中畫出正逆反應(yīng)速率隨時間變化的示意圖.

分析 (1)①CH3OOCCOOCH3(g)+2H2(g)?HOCH2COOH3(g)+CH3OH(g)△H1=a kJ/mol,
②HOCH2COOCH3(g)+2H2(g)?HOCH2CH2OH(g)+CH3OH(g)△H2=b kJ/mol,
由蓋斯定律可知,①+②可得CH3OOCCOOCH3(g)+4H2(g)?HOCH2CH2OH(g)+2CH3OH(g),△H;
(2)①達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)時,各生成物濃度的化學(xué)計量數(shù)次冪的乘積與各反應(yīng)物濃度的化學(xué)計量數(shù)次冪的乘積的比值,稱為化學(xué)平衡常數(shù),溫度升高,K減小,說明逆反應(yīng)為吸熱反應(yīng),則正反應(yīng)為放熱反應(yīng);
②A.根據(jù)△G=△H-T•△S<0自發(fā)進(jìn)行的分析;
B.根據(jù)公式M=$\frac{m}{n}$分析平均摩爾質(zhì)量是否為變量;
C.升高溫度,平衡逆向移動;
D.增加氫氣的濃度,反應(yīng)①②③平衡正向移動;
(3)有圖1可知,增大壓強(qiáng)有利于合成乙二醇,由圖2可知n(H2):n(草酸二甲酯)越大,有利于合成乙二醇;
(4)由圖3可知溫度對反應(yīng)的影響不大,選擇在473K在于催化劑的活性最大;
(5)在478K、恒壓條件下,充入各1mol的反應(yīng)物,反應(yīng)物濃度增大,生成物濃度減小,與平衡為等效平衡.

解答 解:(1)①CH3OOCCOOCH3(g)+2H2(g)?HOCH2COOH3(g)+CH3OH(g)△H1=a kJ/mol,
②HOCH2COOCH3(g)+2H2(g)?HOCH2CH2OH(g)+CH3OH(g)△H2=b kJ/mol,
由蓋斯定律可知,①+②可得CH3OOCCOOCH3(g)+4H2(g)?HOCH2CH2OH(g)+2CH3OH(g),△H=(a+b)kJ/mol,
故答案為:CH3OOCCOOCH3(g)+4H2(g)?HOCH2CH2OH(g)+2CH3OH(g)△H=(a+b)kJ/mol;
(2)①HOCH2CH2OH(g)+H2(g)?C2H5OH(g)+H2O(g)K=$\frac{c({C}_{2}{H}_{5}OH)•c({H}_{2}O)}{c(HOC{H}_{2}C{H}_{2}OH)•c({H}_{2})}$,溫度升高,K3減小,說明逆反應(yīng)為吸熱反應(yīng),則正反應(yīng)為放熱反應(yīng),△3H<0,
故答案為:K=$\frac{c({C}_{2}{H}_{5}OH)•c({H}_{2}O)}{c(HOC{H}_{2}C{H}_{2}OH)•c({H}_{2})}$;<;
②A.HOCH2COOCH3(g)+2H2(g)?HOCH2CH2OH(g)+CH3OH(g)△S<0,K隨溫度的變化與反應(yīng)HOCH2CH2OH(g)+H2(g)?C2H5OH(g)+H2O(g)相同,因此△H<0,則△G=△H-T•△S在低溫時小于零,自發(fā)進(jìn)行,故A正確;
B.反應(yīng)物和生成物都是氣體,m恒定,反應(yīng)前后相比,氣體的物質(zhì)的量n減小,由M=$\frac{m}{n}$可知,M為變量,因此恒容條件下,當(dāng)反應(yīng)混合氣體的平均摩爾質(zhì)量不再改變時,反應(yīng)達(dá)到了平衡,故B正確;
C.升高溫度,平衡逆向移動,不利于提高乙二醇的產(chǎn)率,故C錯誤;
D.增加氫氣的濃度,反應(yīng)①②③化學(xué)反應(yīng)速率增大,平衡正向移動,但①②生成乙二醇,反應(yīng)③消耗乙二醇,因此不能確定乙二醇的百分含量的變化趨勢,故D錯誤;
故答案為:AB;
(3)有圖1可知,增大壓強(qiáng)有利于合成乙二醇因此選擇2~3Mpa,由圖2可知n(H2):n(草酸二甲酯)越大,有利于合成乙二醇,因此選擇n(H2):n(草酸二甲酯)=40,
故答案為:C;
(4)由圖3可知溫度對草酸二甲酯的轉(zhuǎn)化率和乙二醇的選擇性影響不大,選擇在473K在于催化劑的活性最好,
故答案為:此反應(yīng)的催化劑在473K時催化活性最好;
(5)在478K、恒壓條件下,充入各1mol的反應(yīng)物,反應(yīng)物濃度增大,生成物濃度減小,與平衡為等效平衡,對應(yīng)的圖象為,
故答案為

點(diǎn)評 本題考查熱化學(xué)方程式、化學(xué)平衡的計算、平衡移動以及平衡狀態(tài)的判斷,為高頻考點(diǎn),綜合性很強(qiáng),題目難度較大,難點(diǎn)在于對圖象的分析能夠與化學(xué)反應(yīng)原理相匹配.

練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中化學(xué) 來源: 題型:解答題

19.如圖裝置是實驗室制取乙烯的裝置,反應(yīng)原理是C2H5OH$→_{170℃}^{濃硫酸}$CH2=CH2+H2O,但反應(yīng)過程中往往伴隨著副反應(yīng)發(fā)生而影響產(chǎn)率.

(1)裝置中儀器A的名稱是冷凝管.
(2)實驗開始,開啟電熱裝置,三頸瓶中溫度逐漸升高,當(dāng)溫度達(dá)到100℃后,三頸瓶中溶液開始出現(xiàn)棕色,隨后慢慢變成黑色,該現(xiàn)象體現(xiàn)了濃硫酸的脫水性.同時,還會產(chǎn)生刺激性氣味氣體,用化學(xué)方程式解釋產(chǎn)生該氣體的原因C+2H2SO4(濃)$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2SO2↑+CO2↑+2H2O.
(3)加熱至140℃時,會產(chǎn)生乙醚,化學(xué)方程式為2C2H5OH$→_{140℃}^{濃硫酸}$C2H5OC2H5+H2O,該反應(yīng)的反應(yīng)類型是b.
a.加成反應(yīng)    b.取代反應(yīng)     c.消去反應(yīng)     d.氧化反應(yīng)
(4)繼續(xù)加熱至170℃,開始產(chǎn)生乙烯,為得到相對純凈的乙烯,洗氣瓶Ⅰ中裝有NaOH溶液,洗氣瓶Ⅱ中裝有品紅溶液,試管中裝有高錳酸鉀酸性溶液.洗氣瓶Ⅱ中溶液的作用是證明二氧化硫已經(jīng)完全被氫氧化鈉溶液吸收,確保收集的氣體是相對純凈的乙烯.
(5)當(dāng)高錳酸鉀酸性溶液褪色時,將試管部分換成收集裝置,開始收集乙烯.請再虛線框中繪制出乙烯的裝置圖.
(6)實驗結(jié)束,停止加熱,卸下乙烯收集裝置;丙打開止水夾,擠壓氣唧,目的是將裝置中剩余的二氧化硫排入NaOH溶液完全吸收,防止污染空氣.

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:選擇題

20.下列指定的比值為2:1的是( 。
A.0.2 mol/L 和0.1 mol/L的氨水中c(OH-)之比
B.H2S溶液中c(H+)與c(S2-)之比
C.Na2S溶液中c(Na+)與c(S2-)之比
D.Na2O2晶體中陽離子與陰離子個數(shù)之比

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17.以下實驗?zāi)塬@得成功的是( 。
A.用酸性KMnO4溶液鑒別乙烯和乙炔
B.將鐵屑、溴水、苯混合制成溴苯
C.蔗糖溶液加稀H2SO4加熱后再加新制銀氨溶液制銀鏡
D.將銅絲在酒精燈上加熱后,立即伸入無水乙醇中,銅絲恢復(fù)成原來的紅色

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:選擇題

4.下列說法不正確的是( 。
A.分餾石油氣和裂解氣可用溴水進(jìn)行鑒別
B.異丁烷的二氯取代物有3種(不考慮立體異構(gòu))
C.主鏈含四個碳的烷烴中,碳原子個數(shù)是最多的是2,3-四甲基丁烷
D.乙醇和甘油都含羥基,葡萄糖和蔗糖都是糖類,但它們之間不是同系物

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14.下列元素中,其中一種與其他三種不屬于同一周期的是(  )
A.BeB.ArC.OD.Li

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1.從海帶中提取碘的涉及到下列操作步驟,其中不正確的是(  )
A.將海帶灼燒成灰B.過濾得含I-的溶液
C.向濾液中加稀H2SO4和H2O2溶液D.加入CCl4,萃取

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:選擇題

18.已知:Mg2Si+4HCl═SiH4↑+2MgCl2,下列說法正確的是(  )
A.原子半徑:Si>MgB.氫元素不存在同位素
C.該反應(yīng)熵增D.SiH4比HCl穩(wěn)定

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:解答題

19.中學(xué)化學(xué)常見的有機(jī)物A(C6H6O)是重要的化工原料,有機(jī)物D是一種重要的石油化工產(chǎn)品,其產(chǎn)量可用來衡量國家的石油化工發(fā)展水平.它們在醫(yī)療上可以合成治療心臟病藥物的中間體W.
已知:R1-CHO+R2-CH2CHO$\frac{\underline{\;一定條件\;}}{\;}$
其合成W的路線如下:

(1)W中含有的官能團(tuán)名稱是酯基、羥基.
(2)G的結(jié)構(gòu)簡式是
(3)寫出反應(yīng)類型:A→B:加成反應(yīng),H→K:消去反應(yīng).
(4)K→M的過程中可能有另一種產(chǎn)物M1,寫出在加熱條件下M1與足量稀NaOH溶液水溶液在加熱條件下反應(yīng)的化學(xué)方程式
(5)B與HCHO在一定條件下反應(yīng)生成高分子化合物的原理,與酚醛樹脂的制備原理相似,寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式
(6)G的同系物I比G相對分子質(zhì)量小14,I的同分異構(gòu)體中能同時滿足如下條件:①與FeCl3溶液反應(yīng),溶液呈紫色 ②能發(fā)生水解反應(yīng),共有19種(不考慮立體異構(gòu)),I的一個同分異構(gòu)體的核磁共振氫譜有五組峰,且峰面積比為1:2:2:2:1,寫出I的這種同分異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)簡式

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