16.甲醇是有機(jī)化工原料和優(yōu)質(zhì)燃料,主要應(yīng)用于精細(xì)化工、塑料等領(lǐng)域,也是農(nóng)藥.醫(yī)藥的重要之一回答下列問(wèn)題:
(1)工業(yè)上利用CO2和H2反應(yīng)合成甲醇.已知25℃.101kPa下:
H2(g)+$\frac{1}{2}$O2(g)═H2O(g)△H=-242kJ•mol-1
CH2OH(g)+$\frac{3}{2}$O2(g)=CO2(g)+2H20(g)△H2=-676kJ•mol-1
①寫出CO2和H2反應(yīng)生成CH2OH(g)與H2O(g)的熱化學(xué)方程式CO2(g)+3H2(g)═CH3OH(g)+H2O(g)△H=-50kJ/mol
②下列表示該合成甲醇反應(yīng)的能量變化示意圖中正確的是a(填字母)

③合成甲醇所需的H2可由下列反應(yīng)制。篐2O(g)+CO(g)=H2(g)+CO2(g),某溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=1,若起始時(shí)c(CO)=1mol•L-1,c(H2O)=2mol•L-1,則達(dá)到平衡時(shí)H2O的轉(zhuǎn)化率為33.3%
(2)CO和H2反應(yīng)也能合成甲醇:CO(g)+2H2(g)=CH2OH(g)△H=-90.1kJ•mol-1,在250℃下,將一定量的CO和H2投入10L的恒容密閉容器中,各物質(zhì)濃度(mol•L-1)變化如下表所示(前6min沒(méi)有改變條件)
  2min 4min6min 8min ′′′
 CO 0.07 0.060.04 0.05 ′′′
 H2 x 0.12 0.12 0.2′′′
 CH2OH 0.03 0.040.04  0.05′′′
①x=0.14,250℃時(shí)該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=46.3
②若6~8min時(shí)只改變了一個(gè)條件,則改變的條件是增加了1 mol氫氣,第8min時(shí),該反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)?不是(填“是”或“不是”)
③該合成反應(yīng)的溫度一般控制在240~270℃,選擇此溫度的原因是:
Ⅰ.此溫度下的催化劑活性;
Ⅱ溫度低,反應(yīng)速率慢,單位時(shí)間內(nèi)的產(chǎn)量低;而該反應(yīng)為放熱反應(yīng),溫度過(guò)高,轉(zhuǎn)化率降低
(3)甲醇在催化劑條件下可以直接氧化成甲酸,在常溫下,20.00mL,0.1000mol•L-1NaOH溶液與等體積、等濃度甲酸溶液混合后所得溶液的pH>7(填“<”“>”或“=”)原因是HCOO-+H2O?HCOOH+OH-(用離子方程式表示)

分析 (1)①據(jù)已化學(xué)方程式,根據(jù)蓋斯定律計(jì)算;
②該反應(yīng)是放熱反應(yīng),反應(yīng)物總能量大于生成物總能量,物質(zhì)越穩(wěn)定,其能量越;
③利用三段式法計(jì)算平衡狀態(tài)時(shí)各物質(zhì)的平衡濃度;
(2)①根據(jù)表中2min和4min時(shí)各種物質(zhì)的濃度的變化量,依據(jù)轉(zhuǎn)化量之比等于方程式計(jì)量系數(shù)之比可求出x值;
②該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式K=$\frac{[C{H}_{3}OH]}{[CO][{H}_{2}]^{2}}$,將在250℃下,將4min時(shí)各物質(zhì)平衡濃度帶入計(jì)算;
③根據(jù)6min到8min時(shí)各物質(zhì)濃度的變化來(lái)確定改變條件;
④求出第8min時(shí)反應(yīng)的濃度商Qc,與250℃時(shí)K做比較,若Qc=K反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài);
⑤反應(yīng)條件的選擇既要考慮限度又要考慮速率,二者應(yīng)兼顧;
(3)甲酸鈉溶液因?yàn)榧姿岣乃怙@堿性.

解答 解:(1)①H2(g)+$\frac{1}{2}$O2(g)═H2O(g)△H1=-242kJ/mol①
CH3OH(g)+$\frac{3}{2}$O2(g)═CO2(g)+2H2O(g)△H2=-676kJ/mol②
將方程式3①-②得CO2(g)+3H2(g)═CH3OH(g)+H2O(g)△H=3×(-242kJ/mol)-(-676kJ/mol)=-50 kJ/mol,
故答案為:CO2(g)+3H2(g)═CH3OH(g)+H2O(g)△H=-50 kJ/mol;
②該反應(yīng)是放熱反應(yīng),反應(yīng)物總能量大于生成物總能量,物質(zhì)越穩(wěn)定,其能量越小,所以液態(tài)物質(zhì)的能量小于氣態(tài)物質(zhì),則符合條件的圖象是a,故選a;
③H2O(g)+CO(g)=H2(g)+CO2(g)
起始量(mol/L) 2       1      0        0
轉(zhuǎn)化量(mol/L) x       x      x         x
平衡量(mol/L)2-x    1-x      x          x
$\frac{{x}^{2}}{(2-x)•(1-x)}$=1,x=$\frac{2}{3}$,所以水的轉(zhuǎn)化率為:$\frac{\frac{2}{3}}{2}$×100%=33.3%,故答案為:33.3%;
(2)①?gòu)膱D中可知從2min到4min時(shí)各物質(zhì)的轉(zhuǎn)化量為:△C(CO):△C(H2):△C(CH3OH)=(0.07-0.06):(X-0.12):(0.04-0.03)
化學(xué)反應(yīng)中各物質(zhì)的轉(zhuǎn)化量之比等于方程式的計(jì)量系數(shù)得:(0.07-0.06):(X-0.12):(0.04-0.03)=1:2:1,解得X=0.14,
250℃下,甲醇的平衡濃度是0.06mol/L,氫氣的平衡濃度是0.12mol/L,一氧化碳的平衡濃度是0.04mol/L所以平衡常數(shù)K=$\frac{[C{H}_{3}OH]}{[CO][{H}_{2}]^{2}}$=$\frac{0.04}{0.06×0.12×0.12}$=46.3;
故答案為:0.14;46.3;
②對(duì)比6min和8min時(shí)各物質(zhì)的濃度可知改變條件后反應(yīng)反應(yīng)向正方向進(jìn)行,按照轉(zhuǎn)化量之比等于計(jì)量系數(shù)之比△C(CO):△C(H2):△C(CH3OH)=0.01mol/L:0.02mol/L:0.01mol/L,所以8min后三種物質(zhì)的濃度應(yīng)為:(0.06-0.01)mol/L、(0.12-0.02)mol/L、(0.04+0.01)mol/L,而8min后氫氣的濃度為0.2mol/L,所以多加了0.1mol/L×10=1mol的氫氣;
第8min時(shí)反應(yīng)的濃度商Qc=$\frac{c(C{H}_{3}OH)}{c(CO)•c({H}_{2})^{2}}$=$\frac{0.05mol/L}{0.05mol/L×0.2mol/L×0.2mol/L}$=$\frac{1}{0.04}$≠K,所以此時(shí)不是平衡狀態(tài),故答案為:增加了1 mol氫氣;不是;
③從反應(yīng)限度角度考慮:該反應(yīng)而該反應(yīng)為放熱反應(yīng),溫度過(guò)高,轉(zhuǎn)化率降低;從速率角度考慮:溫度低,反應(yīng)速率慢,單位時(shí)間內(nèi)的產(chǎn)量低,為提高經(jīng)濟(jì)效應(yīng),反應(yīng)速率和限度應(yīng)兼顧,所以選擇溫度一般控制在240~270℃;
故答案為:溫度低,反應(yīng)速率慢,單位時(shí)間內(nèi)的產(chǎn)量低;而該反應(yīng)為放熱反應(yīng),溫度過(guò)高,轉(zhuǎn)化率降低;
(3)20.00mL,0.1000mol•L-1NaOH溶液與等體積、等濃度甲酸溶液混合后,恰好生成甲酸鈉,甲酸鈉溶液因?yàn)榧姿岣乃怙@堿性,離子方程式為:HCOO-+H2O?HCOOH+OH-,故答案為:>7;HCOO-+H2O?HCOOH+OH-

點(diǎn)評(píng) 本題考查了蓋斯定律的應(yīng)用、轉(zhuǎn)化率計(jì)算、化學(xué)平衡常數(shù)的計(jì)算、平衡狀態(tài)的判斷、鹽類水解,考察范圍廣,題目跨度大,難度一般.

練習(xí)冊(cè)系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:解答題

6.某有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式如圖所示:
(1)寫出其分子式C16H16O5
(2)寫出所有含氧官能團(tuán)的名稱酯基、羥基和羧基.
(3)該有機(jī)化合物的性質(zhì)與醋酸相似,寫出該化合物與NaHCO3反應(yīng)的方程式:+NaHCO3+CO2↑+H2O.

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:解答題

7.如表是元素周期表中短周期元素的一部分,表中所列字母分別代表一種元素.
A      B
   DEF  
C I G  H 
(1)上述元素A、B、D、E、F中形成化合物種類最多的一種元素的原子結(jié)構(gòu)示意圖
(2)穩(wěn)定性比較:D的氫化物>G的氫化物(填“大于”“等于”或“小于)
(3)在一定條件下,A與E可形成一種極易溶于水的氣態(tài)化合物,其電子式為
(4)現(xiàn)有上表中所列字母代表的某一種元素,其單質(zhì)通入到紫色石蕊溶液中的現(xiàn)象為先變紅后褪色,寫出有關(guān)的離子方程式Cl+H2O=H++Cl-+HClO
(5)“神舟”七號(hào)載人飛船內(nèi)需要有一種化合物來(lái)吸收航天員呼出的CO2,該物質(zhì)應(yīng)該是由上表中的元素組成的,用化學(xué)方程式表示吸收原理:2Na2O2+2CO2═2Na2CO3+O2飛船中需要制造一種適合航天員生存的人工態(tài)環(huán)境,還應(yīng)該在氧氣中充入一種稀釋氣體,該氣體的結(jié)構(gòu)式為N≡N.

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:選擇題

4.有X、Y、Z三種金屬,Y在常溫下就能與氧氣反應(yīng),X、Z在常溫下幾乎不與氧氣反應(yīng);取大小相等的X、Z金屬片,分別放入CuSO4溶液中,一段時(shí)間后,Z表面出現(xiàn)紅色物質(zhì),X表面幾乎無(wú)明顯變化.根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)事實(shí)判斷,X、Y、Z三種金屬的活動(dòng)性由強(qiáng)至弱的順序正確的是(  )
A.Y>Z>XB.Z>X>YC.X>Y>ZD.Y>X>Z

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:解答題

11.構(gòu)建知識(shí)網(wǎng)絡(luò)是一種重要的學(xué)習(xí)方法.下圖是關(guān)于氫氧化鈉化學(xué)性質(zhì)的知識(shí)網(wǎng)絡(luò),“──”表示相連的兩種物質(zhì)能發(fā)生反應(yīng),“→”表示一種物質(zhì)轉(zhuǎn)化成另一種物質(zhì),A、C屬于不同類別的化合物.完善這個(gè)知識(shí)網(wǎng)絡(luò):

(1)寫出A、B、C的化學(xué)式:AC02;BNa2CO3;CHCl.
(2)寫出由NaOH轉(zhuǎn)化成B的化學(xué)反應(yīng)方程式:2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O.

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:解答題

1.元素周期表可以指導(dǎo)我們尋找和合成成新的物質(zhì),如金屬和非金屬分界線附近的元素可用于制造半導(dǎo)體材料,是科學(xué)研究的熱點(diǎn)
(1)鍺是一種重要的半導(dǎo)體材料,基態(tài)鍺原子的價(jià)層電子排布圖為4s24p2
(2)GaAs是人工合成的新型半導(dǎo)體材料,可將(CH32Ga和AsH3在700℃時(shí)反應(yīng)得到,反應(yīng)的化學(xué)方程式為(CH33Ga+AsH3$\frac{\underline{\;700℃\;}}{\;}$3CH4+GaAs,GaAs晶體結(jié)構(gòu)與金剛石相似,晶體中Ga的雜化軌道類型為sp3,As與Ga之間存在的化學(xué)鍵有共價(jià)鍵
(3)元素As和Se中第一電離能較小的是硒(填元素名稱);As2Se2是一種非晶態(tài)半導(dǎo)體,也稱玻璃半導(dǎo)體,下列說(shuō)法正確的是B(填選項(xiàng)序號(hào))
A.固態(tài)As2Se2具有良好的自范性
B.固態(tài)As2Se2表現(xiàn)為各向同性
C.As2Se3屬于合金
(4)硼酸三異丙酯為半導(dǎo)體硼擴(kuò)散源,可由硼酸與醇酯化反應(yīng)得到,硼酸(H2BO3)為一元弱酸,其呈酸性的機(jī)理是:硼酸與水作用時(shí),硼原子與水電離產(chǎn)生的OH-結(jié)合形成Y-離子,導(dǎo)致溶液中c(H+)>c(OH-),Y-的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式是,硼酸具有層狀結(jié)構(gòu),每層結(jié)構(gòu)如圖所示,每摩爾晶體中所含氫鍵的數(shù)目為3NA(設(shè)NA為阿伏伽德羅常數(shù)的值)

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:解答題

8.X、Y、Z、R為短周期元素,原子序數(shù)依次增大.X的一種單質(zhì)是自然界中最硬的物質(zhì);Y的單質(zhì)在空氣中含量最高.Z 的氧化物是常見(jiàn)的兩性氧化物;R 基態(tài)原子最外層成對(duì)電子的數(shù)目和未成對(duì)電子 的數(shù)目相等.
(1)R 位于元素周期表第三周期,第ⅣA族.
(2)X、R 元素的最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)的水化物中,酸性較強(qiáng)的是H2CO3. (填化學(xué)式)
(3)Y 元素所在周期中,電負(fù)性最大的元素是F.
(4)X 和 R 形成的物質(zhì)是一種超硬材料,其晶胞結(jié)構(gòu)如右圖所示,晶胞中 X 原子的個(gè)數(shù)是4.
(5)X 的單質(zhì)完全燃燒生成的產(chǎn)物分子中,σ 鍵與 π 鍵的數(shù)目之比是1:1.
(6)Y 和 Z 所形成的化合物 ZY 難溶于水,但易發(fā)生水解.ZY 在 NaOH 溶液中水解的離子方程式是AlN+OH-+H2O=AlO2-+NH3↑.

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:解答題

5.某學(xué)生的午餐是:米飯、醬牛肉、炒青菜、紅燒豆腐、西紅柿蛋湯,從營(yíng)養(yǎng)成分均衡的角度分析這份食譜是合理的,因?yàn)樗辛擞椭、蛋白質(zhì)、糖類、維生素、礦物質(zhì)(無(wú)機(jī)鹽)和水等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì).

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:選擇題

6.在密閉容器中進(jìn)行X2(g)+4Y2(g)?2Z2(g)+3Q2(g)的反應(yīng),其中X2、Y2、Z2、Q2的起始濃度分別是0.1mol•L-1、0.4mol•L-1、0.4mol•L-1、0.3mol•L-1,當(dāng)反應(yīng)到某時(shí)刻時(shí),各物質(zhì)的濃度不可能是( 。
A.c(X2)=0.15 mol•L-1B.c(Y2)=0.7 mol•L-1
C.c(Y2)=0.3 mol•L-1D.c(Q2)=0.6 mol•L-1

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