精英家教网 > 高中化学 > 题目详情
5.甲醇是一种很好的燃料,工业上用CH4和H2O为原料,通过反应Ⅰ和Ⅱ来制备甲醇.

(1)将1.0mol CH4和2.0mol H2O(g)通入反应室(容积为100L),在一定条件下发生反应:
CH4(g)+H2O(g)?CO(g)+3H2(g)…Ⅰ.CH4的转化率与温度、压强的关系如图1.
①已知100℃时达到平衡所需的时间为5min,则用H2表示的平均反应速率为0.0030 mol/(L•min).
②图中的P1<P2(填“<”、“>”或“=”),100℃时平衡常数为2.25×10-4
③该反应的△H>0(填“<”、“>”或“=”).
(2)在压强为0.1MPa条件下,将a mol CO与 3a mol H2的混合气体在催化剂作用下能自发反应生成甲醇:CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g);△H<0…Ⅱ.
①若容器容积不变,下列措施可增加甲醇产率的是BD.
A.升高温度                                    B.将CH3OH(g)从体系中分离
C.充入He,使体系总压强增大           D.再充入1mol CO和3mol H2
②为了寻找合成甲醇的温度和压强的适宜条件,某同学设计了三组实验,部分实验条件已经填在下面实验设计表中.
实验编号T(℃)n(CO)/n(H2p(MPa)
1150$\frac{1}{3}$0.1
2a$\frac{1}{3}$5
3350b5
A.则上表中剩余的实验条件数据:a=150、b=$\frac{1}{3}$.
B.根据反应Ⅱ的特点,图2是在压强分别为0.1MPa和5MPa下CO的转化率随温度变化的曲线图,请指明图中的压强Px=0.1MPa.

分析 (1)①根据图知道平衡时甲烷的转化率,求出△c(CH4),根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v(CH4),利用速率之比等于化学计量数之比计算v(H2).
②根据定一议二原则,定温度同,再比较压强,即作垂直x轴的辅助线,比较平衡时甲烷的转化率,由此判断;
平衡常数k=$\frac{c(CO){c}^{3}({H}_{2})}{c(C{H}_{4})c({H}_{2}O)}$,计算出平衡时,各组分的浓度,代入平衡常数计算.
③由图可知,温度越高甲烷的转化率越大,即升高温度平衡向正反应方向移.
(2)①容器容积不变,增加甲醇产率,平衡向正反应移动,根据外界条件对平衡的影响分析.
②采取控制变量法,探究合成甲醇的温度和压强的适宜条件,据此判断a、b的值.
③根据定一议二原则,定温度同,再比较压强,即作垂直x轴的辅助线,比较平衡时CO的转化率,由此判断.

解答 解:(1)①由图知道平衡时甲烷的转化率为0.5,所以△c(CH4)=$\frac{1.0mol×0.5}{100L}$=0.005mol/L,
所以v(CH4)=$\frac{0.005mol/L}{5min}$=0.001mol/(L•min),速率之比等于化学计量数之比,所以v(H2)=3v(CH4)=3×0.001mol/(L•min)=0.003mol/(L•min).
故答案为:0.003mol/(L•min).
②温度相同时,作垂直x轴的辅助线,发现压强为P1的CH4的转化率高,反应为前后体积增大的反应,压强增大平衡向体积减小的方向移动,即向逆反应移动,CH4的转化率降低,所以P1<P2
               CH4(g)+H2O(g)?CO(g)+3H2(g),
开始(mol):1.0        2.0               0        0
变化(mol):1.0×0.5    0.5               0.5      1.5
平衡(mol):0.5        1.5               0.5      1.5
所以平衡常数k=$\frac{c(CO){c}^{3}({H}_{2})}{c(C{H}_{4})c({H}_{2}O)}$=$\frac{\frac{0.5mol}{100L}×(\frac{1.5mol}{100L})^{3}}{\frac{0.5mol}{100L}×\frac{1.5mol}{100L}}$=2.25×10-4
故答案为:<;2.25×10-4
③由图可知,温度越高甲烷的转化率越大,即升高温度平衡向正反应方向移,温度升高平衡向吸热方向移动,所以正反应为吸热反应,即△H>0.
故答案为:>
(2)①A、该反应为放热反应,升高温度,平衡向吸热方向移动,即向逆反应方向移动,甲醇的产率降低,故A错误;
B、将CH3OH(g)从体系中分离,产物的浓度降低,平衡向正反应移动,甲醇的产率增加,故B错误;
C、充入He,使体系总压强增大,容器容积不变,反应混合物各组分浓度不变,平衡不移动,甲醇的产率不变,故C错误;
D、再充入1mol CO和3mol H2,可等效为压强增大,平衡向体积减小的方向移动,即向正反应方向移动,甲醇的产率增加,故D正确.
故选:BD,
故答案为:BD;
②A、采取控制变量法,探究合成甲醇的温度和压强的适宜条件,所以温度、压强是变化的,$\frac{n(CO)}{n({H}_{2})}$应保持不变,所以b=$\frac{1}{3}$;比较使用1、2,压强不同,所以温度应相同,故a=150.
故答案为:a=150;b=$\frac{1}{3}$;
B、温度相同时,作垂直x轴的辅助线,发现压强为Py的CO的转化率高,反应为前后体积减小的反应,压强增大平衡向体积减小的方向移动,即向正反应移动,所以Px<Py,所以压强Px=0.1MPa.
故答案为:0.1

点评 本题考查化学反应速率、平衡常数、化学平衡计算、化学平衡的影响因素及读图能力等,综合性较大,难度中等,知识面广,应加强平时知识的积累.注意控制变量法与定一议二原则应用.

练习册系列答案
相关习题

科目:高中化学 来源:2016-2017学年甘肃省高二上10月月考化学试卷(解析版) 题型:选择题

0.1mol/L NH4Cl溶液中,下列叙述错误的是 ( )

A.c(NH4+)>c(Cl—)>c(OH—)>c(H+)

B.c(Cl—)>c(NH4+)>c(H+)>c(OH—)

C.c(NH4+)+c(H+)=c(Cl—)+c(OH—)

D.c(NH4+)+c(NH3·H2O)=c(Cl—)

查看答案和解析>>

科目:高中化学 来源:2017届安徽省黄山市高三上月考二化学卷(解析版) 题型:选择题

常温下,下列各组离子在指定溶液中能大量共存的是( )

A.加入铝粉能产生氢气的溶液:Mg2+、K+、Br-、HCO3-

B.滴入石蕊显红色的溶液:Na+、K+、S2-、NO3-

C.pH = 14的溶液中:Na+、AlO2-、SO42-、Cl-

D.滴入KSCN溶液显红色的溶液中:Ca2+、H+、I-、Cl-

查看答案和解析>>

科目:高中化学 来源:2017届重庆一中高三上学期第二次月考化学试卷(解析版) 题型:填空题

查阅资料:元素铬(Cr)在溶液中主要以Cr3+(蓝紫色)、Cr(OH)4?(绿色)、Cr2O72?(橙红色)、CrO42?(黄色)等形式存在,Cr(OH)3为难溶于水的灰蓝色固体,回答下列问题:

(1)铬(24Cr)属于_______________(选填编号)。

a.主族元素 b.副族元素 c.Ⅷ族元素 d.过渡元素

(2)铬单质是银白色有金属光泽的固体,有较高的熔点,是最硬的金属;与Ni等添加到Fe中可制成不锈钢。比较硬度:纯铁_________不锈钢;熔点:纯铁__________不锈钢(填“>”“<”或“=”)。

(3)Cr(OH)3与Al(OH)3的化学性质相似。在Cr2(SO4)3溶液中逐滴加入NaOH溶液直至过量,可观察到的现象是___________________。

(4)CrO42?和Cr2O72?在溶液中可相互转化。室温下,初始浓度为1.0 mol·L?1的Na2CrO4溶液中c(Cr2O72?)随c(H+)的变化如图所示。

①用离子方程式表示Na2CrO4溶液中的转化反应____________________。

②由图可知,溶液酸性增大,CrO42?的平衡转化率__________(填“增大”“减小”或“不变”)。根据A点数据,计算出该转化反应的平衡常数为__________。

③升高温度,溶液中CrO42?的平衡转化率减小,则该反应的ΔH__________0(填“>”“<”或“=”)。

(5)+6价铬的化合物毒性较大,但其化合物用途广泛。如:“酒精检测仪”可检查司机是否酒驾,其反应原理为:m C2H5OH+ n X + p H2SO4═ g Cr2(SO4)3 + w CO2↑+ 9H2O,其中X的化学式最有可能为__________。常用NaHSO3将酸性废液中的Cr2O72?还原成Cr3+,该反应的离子方程式为_______________。

查看答案和解析>>

科目:高中化学 来源:2017届重庆一中高三上学期第二次月考化学试卷(解析版) 题型:选择题

材料、能源、信息、环境与化学关系密切,下列说法不正确的是

A.我们使用合金是因为它比纯金属具有更优良的机械性能

B.钢化玻璃、有机玻璃、石英玻璃均属于硅酸盐材料

C.高铁酸钾(K2FeO4)是一种新型、高效、多功能水处理剂,既能杀菌消毒又能净水

D.高纯度的二氧化硅广泛用于制作光导纤维,光导纤维遇强碱会“断路”

查看答案和解析>>

科目:高中化学 来源: 题型:解答题

10.目前工业上有一种方法是用CO2生产燃料甲醇.一定条件下发生反应:CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g),图1表示该反应过程中能量(单位为kJ•mol-1)的变化.

(1)该反应为放热反应,原因是反应物的总能量高于生成物的总能量.
(2)下列能说明该反应已经达到平衡状态的是BCE(填序号)
A.v (H2)=3v(CO2)                   B.容器内气体压强保持不变
C.v(CO2)=v(CH3OH)             D.容器内气体密度保持不变
E.1mol H-O键断裂的同时2mol C=O键断裂
(3)在体积为1L的密闭容器中,充入1molCO2和3molH2,测得CO2和CH3OH(g)的浓度随时间变化如图2所示.从反应开始到平衡,用氢气浓度变化表示的平均反应速率v(H2)=0.225mol/(L.min). 达平衡时容器内平衡时与起始时的压强之比5:8 (或0.625).
(4)甲醇、氧气在酸性条件下可构成燃料电池,其负极的电极反应式为CH3OH-6e-+H2O=6H++CO2,与铅蓄电池相比,当消耗相同质量的负极活性物质时,甲醇燃料电池的理论放电量是铅蓄电池的19.4倍(保留小数点后1位).

查看答案和解析>>

科目:高中化学 来源: 题型:填空题

17.(1)将1.0mol CH4和2.0mol H2O ( g )通入容积固定为10L的反应容器中,在一定条件下发生反应:
CH4 ( g )+H2O ( g )?CO ( g )+3H2 ( g ),测得在一定的压强下CH4的转化率与温度的关系如图1.

①该反应的△H>0(填“>”“<”或“=”)
②假设100℃时达到平衡所需的时间为3min,则用H2表示该反应的平均反应速率为0.05mol/(L•min).
③100℃时该反应的平衡常数的数值为0.0225.
④可用来判断该反应达到平衡状态的标志有AEF(填字母).
A.CO的含量保持不变                  B.CH4浓度与CO浓度相等
C.ν(CH4)=3ν(H2)              D.混合气体的密度保持不变
E.混合气体的总物质的量保持不变       F.混合气体的压强度保持不变
(2)生成甲醇的反应:CO (g)+2H2 (g)?CH3OH (g)△H=-129.0kJ/mol,按照相同的物质的量投料,测得CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如图2所示.下列说法正确的是CD(填字母).
A.温度:T1>T2>T3
B.正反应速率:ν(a)>ν(c); ν(b)>ν(d)
C.平衡常数:K(a)>K(c); K(b)=K(d)
D.平均摩尔质量:M(a)>M(c); M(b)>M(d)
(3)工业上利用甲醇制备氢气的常用方法之一为:甲醇蒸气重整法.该法中的一个主要反应为CH3OH(g)?CO(g)+2H2(g),此反应能自发进行的原因是该反应是一个熵增的反应..

查看答案和解析>>

科目:高中化学 来源: 题型:选择题

14.下列各电离方程式中,书写正确的是(  )
A.H2S?2H++S2-B.KHSO4?K++H++SO42-
C.Al(OH)3?Al3++3OH-D.HClO═H++ClO-

查看答案和解析>>

科目:高中化学 来源: 题型:解答题

15.Fe2O3又称铁红,请根据要求完成下列问题.
(1)铁红加入适量盐酸,反应的化学方程式为Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O.
(2)用上述所得溶液进行下列实验:取少量溶液置于试管中,滴入NaOH溶液,可观察到有红褐色沉淀产生,反应的离子方程式为Fe3++3OH-=Fe(OH)3↓.
(3)在小烧杯中加入20mL蒸馏水,加热至沸腾后,向烧杯中加入几滴饱和FeCl3溶液,继续煮沸至出现红褐色,即可制得Fe(OH)3胶体.在向所得Fe(OH)3胶体中逐滴加入稀硫酸的现象是先产生红褐色沉淀,后又溶解为黄色溶液.

查看答案和解析>>

同步练习册答案