8.甲醇被稱(chēng)為2l世紀(jì)的新型燃料,工業(yè)上通過(guò)下列反應(yīng)I和Ⅱ,用CH4和H2O為原料來(lái)制備甲醇.
(1)將1.0mol CH4和2.0mol H2O(g)通入反應(yīng)室(容積為100L),在一定條件下發(fā)生反應(yīng):CH4(g)+H2O(g)?CO(g)+3H2(g)…I,CH4的轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系如圖1.
①已知100℃時(shí)達(dá)到平衡所需的時(shí)間為5min,則用H2表示的平均反應(yīng)速率為0.003 mol•L-1•min-1
②圖中的P1<P2(填“<”、“>”或“=”),100℃時(shí)平衡常數(shù)為2.25×10-4
③在其它條件不變時(shí)降低溫度,逆反應(yīng)速率將減。ㄌ睢霸龃蟆薄皽p小”或“不變”).
(2)壓強(qiáng)為0.1MPa條件下,a mol CO與3a mol H2的混合氣體在催化劑作用下能自發(fā)反應(yīng)生成甲醇:CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)…Ⅱ.
④該反應(yīng)的△H<0,△S<0(填“<”、“>”或“=”).
⑤若容器容積不變,下列措施可增加甲醇產(chǎn)率的是BD.
A.升高溫度  B.將CH3OH(g)從體系中分離出來(lái)C.充入He,使體系總壓強(qiáng)增大    D.再充入l mol CO和3mol H2
⑥為了尋找合成甲醇的溫度和壓強(qiáng)的適宜條件,某同學(xué)設(shè)計(jì)了三組實(shí)驗(yàn),部分實(shí)驗(yàn)條件已經(jīng)填在下面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的表中.
實(shí)驗(yàn)編號(hào)T(℃)n。–)/n P(MPa)
150$\frac{1}{3}$0.1
150$\frac{1}{3}$5
350$\frac{1}{3}$5
A.請(qǐng)?jiān)谏媳砜崭裰刑钊胧S嗟膶?shí)驗(yàn)條件數(shù)據(jù).
B.根據(jù)反應(yīng)Ⅱ的特點(diǎn),在給出的坐標(biāo)圖中,畫(huà)出其在0.1MPa和5MPa條件下CO的轉(zhuǎn)化率隨溫度變化的趨勢(shì)曲線示意圖2,并標(biāo)明各條曲線的壓強(qiáng).

分析 (1)將1.0mol CH4和2.0mol H2O ( g )通入容積固定為100L的反應(yīng)室,在一定條件下發(fā)生反應(yīng)I,由圖象可知100℃甲烷轉(zhuǎn)化率為50%,故參加反應(yīng)的甲烷為1mol×50%=0.5mol,則:
            CH4 (g)+H2O (g)=CO (g)+3H2 (g)
起始量(mol):1.0     2.0         0      0
變化量(mol):0.5     0.5         0.5    1.5
平衡量(mol):0.5     1.5         0.5    1.5
①根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算用H2表示的平均反應(yīng)速率;
②相同溫度時(shí),增大壓強(qiáng)平衡逆向移動(dòng),甲烷的轉(zhuǎn)化率減。桓鶕(jù)K=$\frac{c(CO)×{c}^{3}({H}_{2})}{c(C{H}_{4})×c({H}_{2}O)}$計(jì)算平衡常數(shù);
③在其它條件不變時(shí)降低溫度,正逆反應(yīng)速率都減。
(2)④正反應(yīng)氣體物質(zhì)的量減小,混亂度減小,即為熵減的反應(yīng),在催化劑作用下能自發(fā)反應(yīng),說(shuō)明正反應(yīng)為焓減的放熱反應(yīng);
⑤A.正反應(yīng)為放熱反應(yīng),升高溫度平衡逆向移動(dòng);
B.將CH3OH(g)從體系中分離出來(lái),平衡正向移動(dòng);
C.充入He,使體系總壓強(qiáng)增大,反應(yīng)混合物各組分濃度不變,平衡不移動(dòng);
D.再充入l mol CO和3mol H2,反應(yīng)物濃度增大,平衡正向移動(dòng),等效為增大壓強(qiáng),反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率增大;
⑥目的是探究溫度、壓強(qiáng)的適宜條件,應(yīng)采取控制變量法,I為對(duì)照實(shí)驗(yàn),Ⅱ與I的壓強(qiáng)不同,Ⅲ與I的溫度不同,其它條件應(yīng)相同;
一定溫度下,增大壓強(qiáng),平衡正向移動(dòng),平衡時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率降低;壓強(qiáng)一定時(shí),由于正反應(yīng)為放熱反應(yīng),升高溫度平衡逆向移動(dòng),CO的轉(zhuǎn)化率減。

解答 解:(1)將1.0mol CH4和2.0mol H2O ( g )通入容積固定為100L的反應(yīng)室,在一定條件下發(fā)生反應(yīng)I,由圖象可知100℃甲烷轉(zhuǎn)化率為50%,故參加反應(yīng)的甲烷為1mol×50%=0.5mol,則:
             CH4 (g)+H2O (g)=CO (g)+3H2 (g)
起始量(mol):1.0      2.0       0        0
變化量(mol):0.5      0.5       0.5      1.5
平衡量(mol):0.5      1.5       0.5      1.5
①H2表示的平均反應(yīng)速率=$\frac{\frac{1.5mol}{100L}}{5min}$=0.003 mol•L-1•min-1,故答案為:0.003 mol•L-1•min-1;
②相同溫度時(shí),增大壓強(qiáng)平衡逆向移動(dòng),甲烷的轉(zhuǎn)化率減小,則P1<P2,
平衡濃度為c(CH4)=0.005mol/L,c(H2O)=0.015mol/L,c(CO)=0.005mol/L,c(H2)=0.015mol/L,平衡常數(shù)K=$\frac{0.005×0.01{5}^{3}}{0.005×0.015}$=2.25×10-4,
故答案為:2.25×10-4;
③在其它條件不變時(shí)降低溫度,正逆反應(yīng)速率都減小,故答案為:減;
(2)④正反應(yīng)氣體物質(zhì)的量減小,混亂度減小,則△S<0,在催化劑作用下能自發(fā)反應(yīng),說(shuō)明正反應(yīng)為焓減的放熱反應(yīng),即△H<0,
故選:<;<;
⑤A.正反應(yīng)為放熱反應(yīng),升高溫度平衡逆向移動(dòng),甲醇產(chǎn)率減小,故A正確;
B.將CH3OH(g)從體系中分離出來(lái),平衡正向移動(dòng),甲醇產(chǎn)率增大,故B正確;
C.充入He,使體系總壓強(qiáng)增大,反應(yīng)混合物各組分濃度不變,平衡不移動(dòng),甲醇產(chǎn)率不變,故C錯(cuò)誤;
D.再充入l mol CO和3mol H2,反應(yīng)物濃度增大,平衡正向移動(dòng),等效為增大壓強(qiáng),反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率增大,則甲醇產(chǎn)率增大,故D正確;
⑥目的是探究溫度、壓強(qiáng)的適宜條件,應(yīng)采取控制變量法,I為對(duì)照實(shí)驗(yàn),Ⅱ與I的壓強(qiáng)不同,Ⅲ與I的溫度不同,其它條件應(yīng)相同,故實(shí)驗(yàn)I溫度為150℃,n(C)=$\frac{1}{3}$,實(shí)驗(yàn)Ⅲ中n(C)=$\frac{1}{3}$;
一定溫度下,增大壓強(qiáng),平衡正向移動(dòng),平衡時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率降低;壓強(qiáng)一定時(shí),由于正反應(yīng)為放熱反應(yīng),升高溫度平衡逆向移動(dòng),CO的轉(zhuǎn)化率減小,0.1MPa和5MPa條件下CO的轉(zhuǎn)化率隨溫度變化的趨勢(shì)曲線示意圖為:
故答案為:

實(shí)驗(yàn)編號(hào)T(℃)n (C)/n P(MPa)
150$\frac{1}{3}$
$\frac{1}{3}$
;

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算與影響因素、平衡常數(shù)、探究外界條件對(duì)平衡的影響等,注意利用控制變量法分析探究外界條件對(duì)平衡影響,難度中等.

練習(xí)冊(cè)系列答案
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10.將金屬鈉分別投入下列物質(zhì)的稀溶液中,有氣體放出,且有白色沉淀生成的是( 。
A.H2SO4B.NaOHC.CuCl2D.MgSO4

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11.12.2g CH4和C2H6的混合氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為11.2L.求
(1)混合氣體的摩爾質(zhì)量;
(2)CH4的物質(zhì)的量.

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16.工業(yè)制硫酸時(shí),利用催化氧化反應(yīng)將SO2轉(zhuǎn)化為SO3是一個(gè)關(guān)鍵的步驟.

(1)一定條件下,SO2可發(fā)生反應(yīng):SO2(g)+$\frac{1}{2}$O2(g)?SO3(g)△H=-98kJ•mol-1
①某溫度下,在100L的恒容密閉容器中開(kāi)始加入4.0mol SO2(g)和10.0mol O2(g),當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)共放出熱量196kJ,該溫度下平衡常數(shù)K=$\frac{10}{3}$(用分?jǐn)?shù)表示).
②上述反應(yīng)按照相同的物質(zhì)的量投料,測(cè)得SO2在不同溫度下的平衡轉(zhuǎn)化率a%與壓強(qiáng)的關(guān)系如圖1所示.下列說(shuō)法正確的是ABCD(填序號(hào)).
A.溫度:T3>T2>T1
B.正反應(yīng)速率:v(c)>v(a),v(b)>v(d)
C.平衡常數(shù):K(a)>k(c),K(b)=K(d)
D.平均摩爾質(zhì)量:M(a)>M(c),M(b)>M(d)
③上述反應(yīng)達(dá)平衡后,保持溫度和容器的壓強(qiáng)不變,若再通入一定量SO3(g),則SO2的體積分?jǐn)?shù)不變(填“增大”、“減小”、“不變”).
(2)某人設(shè)想以如圖2所示裝置用電化學(xué)原理模擬生產(chǎn)硫酸:
①通入O2的電極是正極.
②寫(xiě)出通入SO2的電極的電極反應(yīng)式:SO2-2e-+2H2O=SO42-+4H+
③若此過(guò)程中轉(zhuǎn)移了0.2mol電子,則質(zhì)子膜兩側(cè)電解液的質(zhì)量變化差(△m左-△m右)為4.4g(忽略氣體的溶解).

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:填空題

3.硫酸工業(yè)用SO2制取SO3的反應(yīng)為:2SO2+O2 $?_{加熱}^{催化劑}$2SO3△H=-47kJ/mol.
(1)反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式K=$\frac{{c}^{2}(S{O}_{3})}{{c}^{2}(S{O}_{2})×c({O}_{2})}$
(2)下列描述中能說(shuō)明上述反應(yīng)已達(dá)到平衡的是bd(填序號(hào))
a.v(O2=2v(SO3            
b.容器中氣體的平均分子量不隨時(shí)間而變化
c.容器中氣體的密度不隨時(shí)間而變化    
d.容器中氣體的分子總數(shù)不隨時(shí)間而變化
(3)在上述平衡體系中加入18O2,當(dāng)平衡發(fā)生移動(dòng)后,SO218O的百分含量增加(填增加、減少、不變)其原因是在SO218O2反應(yīng)生成S18O3的同時(shí),S18O3又分解生成S18O2
(4)一定溫度下,把2molSO2和1molO2通入一恒容密閉容器中,平衡時(shí)SO3的體積分?jǐn)?shù)為x.保持溫度不變,若初始加入的SO2、O2和SO3的物質(zhì)的量分別為a、b、c,當(dāng)a、b、c的取值滿(mǎn)足①a+c=2(填a與c的關(guān)系)、②b+$\frac{1}{2}$c=1(填b、c的關(guān)系)時(shí),才能保證達(dá)到平衡時(shí)SO3的體積分?jǐn)?shù)仍為x.
(5)工業(yè)上用Na2SO3作為吸收液吸收尾氣中的SO2,當(dāng)吸收液的pH降至約為6時(shí),需送至電解槽再生.再生示意圖如圖:
①HSO3-在陽(yáng)極放電的電極反應(yīng)式是SO3--2e-+H2O=SO42-+2H+
②當(dāng)陰極室中溶液pH升至8以上時(shí),吸收液再生并循環(huán)利用.簡(jiǎn)述再生原理:發(fā)生電離:HSO3-?SO32-+H+,氫離子在陰極上得到電子生成H2,c(H+)降低,促使上述電離平衡正向移動(dòng),SO32-與進(jìn)入的Na+結(jié)合,吸收液得到再生.

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:填空題

13.現(xiàn)有如下各實(shí)驗(yàn):A.將1gKCl加入10g沸騰的水中; B.將1g可溶性淀粉加入到100g水中,攪拌均勻后煮沸;C.將1gCaCO3粉末加入100g水中充分振蕩; D.將0.1g植物油加入發(fā)哦10g水中,充分振蕩混勻;E.將96mL乙酸與5mL水充分混合.
上述實(shí)驗(yàn)中所得到的分散系,屬于溶液的有AE,屬于膠體的是B,屬于濁液的是CD.

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:解答題

20.三草酸合鐵酸鉀晶體K3[Fe(C2O43]•3H2O可用于攝影和藍(lán)色印刷;已知草酸受熱易分解產(chǎn)生CO2和CO.某小組將無(wú)水三草酸合鐵酸鉀按如圖所示裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn):

(1)若實(shí)驗(yàn)中,觀察到B、E中溶液均變渾濁,則D中的現(xiàn)象是溶液褪色或變淺.
(2)你認(rèn)為該實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)還需要如何改進(jìn)(請(qǐng)至少寫(xiě)出兩處)①在AB裝置之間加一個(gè)防倒吸裝置;②在C裝置后增加二氧化碳是否除凈的檢驗(yàn)裝置(澄清石灰水);最后缺少尾氣處理裝置.
(3)該小組同學(xué)查閱資料后推知,固體產(chǎn)物中,鐵元素不可能以三價(jià)形式存在,而鹽只有K2CO3.驗(yàn)證固體產(chǎn)物中鉀元素存在的方法是利用焰色反應(yīng),現(xiàn)象是透過(guò)藍(lán)色鈷玻璃,觀察到紫色的火焰.
(4)固體產(chǎn)物中鐵元素存在形式的探究.  ①提出合理假設(shè):
假設(shè)1:只有Fe;     假設(shè)2:只有FeO;    假設(shè)3:含有Fe和FeO
②設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案并實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
步驟1:取適量固體產(chǎn)物于試管中,加入足量蒸餾水溶解,過(guò)濾分離出不溶固體.
步驟2:取少量上述不溶固體放人試管中,加入足量CuSO4溶液,充分振蕩.若固體無(wú)明顯變化,則假設(shè)2成立;若有暗紅色固體生成,則反應(yīng)的離子方程式為Fe+Cu2+=Cu+Fe2+;.
步驟3:取步驟2所得暗紅色固體于試管中,滴加過(guò)量HCl,振蕩后靜置.若溶液基本無(wú)色,則假設(shè)1成立;若溶液呈淺綠色,則假設(shè)3成立.
(5)拓展與延伸
有資料介紹“在含F(xiàn)e2+的溶液中,先滴加少量新制飽和氯水,然后滴加KSCN溶液,溶液呈紅色;若再滴加過(guò)量氯水,卻發(fā)現(xiàn)紅色褪去”.假設(shè)溶液中的+3價(jià)鐵還能被氯水氧化為更高價(jià)的FeO42-,試寫(xiě)出該反應(yīng)的離子方程式2Fe3++8H2O+3Cl2=2FeO42-+16H++6Cl-

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:選擇題

17.進(jìn)行過(guò)濾操作應(yīng)選用的一組儀器是(  )
A.燒杯、酒精燈、試管、鐵架臺(tái)(鐵圈)、漏斗
B.燒杯、漏斗、玻璃棒、鐵架臺(tái)(鐵圈)、濾紙
C.濾紙、燒杯、試管夾、漏斗、玻璃棒
D.濾紙、試管、漏斗、鐵架臺(tái)(鐵圈)、玻璃棒

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:多選題

18.常溫下,向0.25mol•L-1的硫酸溶液中逐滴加入物質(zhì)的量濃度相同的氫氧化鋇溶液,生成沉淀的量與加入氫氧化鋇溶液的體積關(guān)系如圖所示,a、b、c、d分別表示實(shí)驗(yàn)不同時(shí)刻的溶液,下列有關(guān)說(shuō)法中不正確的是( 。
A.硫酸溶液的體積為20mL
B.b時(shí)刻溶液中SO${\;}_{4}^{2-}$的濃度約為0.083mol•L-1
C.d時(shí)刻溶液的pH為12
D.反應(yīng)的離子反應(yīng)方程式為Ba2++SO4-+2H++2OH-═BaSO4↓+2H2O

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