Question

【題目】利用天然氣制取合成氣，然后用合成氣合成多種有機物是目前部分有機物的重要來源。

I．甲烷制取合成氣時，在同一容器中同時發(fā)生的主要反應(yīng)是:

反應(yīng)①: CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) △H =+206.3 kJ mol-l

反應(yīng)②: CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(g) △H =-802.6 kJmol-l

(1)下列有關(guān)合成氣制取的說法中正確的是_____。

A．升溫時反應(yīng)①的正反應(yīng)速率增大，逆反應(yīng)速率減小，平衡正向移動

B．反應(yīng)②因為反應(yīng)物和生成物的計量數(shù)相等，所以△S=0

C．反應(yīng)②放出的熱可以提供反應(yīng)①所需的熱量

D．在恒溫恒容容器中，氣體密度保持不變時，反應(yīng)達到化學(xué)平衡狀態(tài)

(2)在制取合成氣的初始階段，反應(yīng)②的反應(yīng)速率大于反應(yīng)①的反應(yīng)速率，請用碰撞理論解釋原因______。

(3)在某密閉容器中加入一定量的CH4、H2O，在溫度為T1時發(fā)生反應(yīng)①，t1時達到化學(xué)平衡狀態(tài)，氫氣濃度[c(H2)]隨時間(t)的變化如圖。控制其它條件不變，在溫度為T2時(T2＜T1)發(fā)生反應(yīng)，在圖中畫出c(CO)變化曲線_____。

II．合成己烷時發(fā)生的反應(yīng)是∶

主反應(yīng):反應(yīng)③6CO(g)+13H2(g)C6H14(g)+6H2O(g) △H

副反應(yīng):反應(yīng)④CO(g)+ H2O(g)CO2(g)+H2(g)

反應(yīng)⑤2CO(g)CO2(g)+C(s)

反應(yīng)③的平衡常數(shù)的對數(shù)(lgK)隨溫度(T/K)的變化如圖1，在固定的氫碳比[m(H2)/m(CO)]條件下CO的平衡轉(zhuǎn)化率[a(CO)]隨溫度變化的曲線如圖2.

請回答∶

(1)反應(yīng)③的△H______0 (填“＞”“="或“＜")

(2) 600K前隨溫度升高反應(yīng)③的平衡轉(zhuǎn)化率幾乎不變，結(jié)合圖1說明原因(副反應(yīng)影響可忽略)_____。

(3)工業(yè)生產(chǎn)需要選擇適合的條件提高綜合效益，下列對工業(yè)合成已烷的說法中正確的是（______）

A．減少體系中的水蒸氣，有利于提高生產(chǎn)效益

B．在體系中加入并保持一定量的二氧化碳有利于減少副反應(yīng)的發(fā)生

C．在體系中加入并保持一定量的碳有利于工業(yè)合成已烷

D．工業(yè)生產(chǎn)中，選擇的壓強越高越有利于提高綜合效益

Answer 1

【答案】C 反應(yīng)②的活化能較反應(yīng)①的小，單位體積內(nèi)活化分子百分?jǐn)?shù)較大，有效碰撞次數(shù)較多，反應(yīng)速率較快 ＜ 反應(yīng)③的平衡常數(shù)K在600K前雖然隨溫度升高下降，但仍然很大，平衡轉(zhuǎn)化率降低很小。 AB

【解析】

從溫度影響化學(xué)反應(yīng)速率的角度分析。熵變等于0是混亂度不變的反應(yīng)。反應(yīng)②放熱，反應(yīng)①吸熱，同一容器中同時發(fā)生反應(yīng)②和反應(yīng)①，反應(yīng)②為反應(yīng)①提供熱量。根據(jù)平衡判據(jù)判斷反應(yīng)是否處于化學(xué)平衡狀態(tài)。根據(jù)活化能的大小和單位體積活化分子百分?jǐn)?shù)分析。溫度降低，達到平衡的時間延長，平衡向放熱的方向移動，逆向移動。根據(jù)圖像中化學(xué)平衡常數(shù)隨溫度的變化判斷反應(yīng)放熱還是吸熱，并考慮轉(zhuǎn)化率的影響。從平衡移動的方向考慮，然后分析。

I．(1) A．升溫時反應(yīng)①的正反應(yīng)速率增大，逆反應(yīng)速率也增大，正反應(yīng)方向為吸熱的反應(yīng)，故溫度升高，平衡正向移動，故A錯誤；

B．反應(yīng)②因為反應(yīng)物和生成物都是氣體，氣體的混亂度沒有發(fā)生變化，所以△S=0，故B錯誤；

C．反應(yīng)②和反應(yīng)①在同一體系中，反應(yīng)②放出的熱可以提供反應(yīng)①所需的熱量，故C正確；

D．在恒溫恒容容器中，氣體密度始終不變，故不能判斷反應(yīng)達到化學(xué)平衡狀態(tài)，故D錯誤；

答案選C。

(2)在制取合成氣的初始階段，反應(yīng)②的活化能較反應(yīng)①的小，單位體積內(nèi)活化分子百分?jǐn)?shù)較大，有效碰撞次數(shù)較多，反應(yīng)速率較快，反應(yīng)②的反應(yīng)速率大于反應(yīng)①的反應(yīng)速率；

(3) 圖中可以看出反應(yīng)①在t1時刻達到化學(xué)平衡，根據(jù)反應(yīng)CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) △H =+206.3 kJ mol-l，可知，CO和H2的濃度的變化量之比為1:3，H2和CO都是生成物，起始濃度都是0，H2的平衡濃度為4.5a，T2時CO的平衡濃度為1.5a，則T2＜T1時，溫度降低時，達到平衡時的時間延長，平衡逆向移動，T2時CO的平衡濃度小于1.5a， c(CO)變化曲線為：；

II．(1)lgK隨溫度的升高而降低，K值越大，平衡正反應(yīng)方向進行的程度越大，在固定的氫碳比[m(H2)/m(CO)]條件下CO的平衡轉(zhuǎn)化率[a(CO)]隨溫度的升高而降低，說明溫度升高，平衡逆向移動，逆反應(yīng)方向為吸熱反應(yīng)，反應(yīng)③的△H＜0；

(2) 600K前隨溫度升高反應(yīng)③的平衡轉(zhuǎn)化率幾乎不變，根據(jù)圖1，反應(yīng)③的平衡常數(shù)K在600K前雖然隨溫度升高下降，但仍然很大，平衡轉(zhuǎn)化率降低很小；

(3) 根據(jù)反應(yīng)，主反應(yīng):反應(yīng)③6CO(g)+13H2(g)C6H14(g)+6H2O(g) △H

副反應(yīng):反應(yīng)④CO(g)+ H2O(g)CO2(g)+H2(g)；

A．減少體系中的水蒸氣，平衡正向移動，有利于提高生產(chǎn)效益，故A正確；

B．在體系中加入并保持一定量的二氧化碳，會使副反應(yīng)的生成物濃度增大，使平衡逆向移動，有利于減少副反應(yīng)的發(fā)生，故B正確；

C．碳是固體，在體系中加入并保持一定量的碳對平衡沒有影響，故C錯誤；

D．工業(yè)生產(chǎn)中，本反應(yīng)正反應(yīng)方向是體積減小的反應(yīng)，壓強越高，越有利于提高產(chǎn)率，選擇的壓強越高，對設(shè)備的要求較高，增加了成本，不一定提高綜合效益，故D錯誤；

答案選AB。