精英家教网 > 高中化学 > 题目详情
4.甲醇是21世纪应用最广泛的清洁燃料之一,通过下列反应可以制备甲醇:CO(g)+2H2(g)?CH3OH(l)△H
化学式H2(g)CO(g)CH3OH(l)
标准燃烧热(25℃)
△H/kJ•mol-1
-285.8-283.0-726.5
(1)已知:计算上述反应的△H=-128.1 kJ•mol-1
(2)在容积可变的密闭容器中充入1molCO(g)和2molH2(g)进行CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)生
成CH3OH(g),H2的平衡转化率随温度(T)、压强(P)的变化如图1所示.
①该反应的△S<0,图中的T1<T2(填“<”、“>”或“=”).
②当达到平衡状态A 时,容器的体积为2L,此时该反应的平衡常数为4,若达到平衡状态B 时,则容器的体积V(B)=0.4 L.
③在该容器中,下列措施可增加甲醇产率的是B.
A.升高温度  B.从平衡体系中及时分离CH3OH   C.充入He       D.再充入0.5mol CO和1mol H2
(3)在容积固定为2L的密闭容器中充入2molCO(g)和6molH2(g)生成CH3OH(g)反应时间与物质的量浓度的关系如图2所示,则前10分钟内,氢气的平均反应速率0.16mol/(L•min);若15分钟时升高体系温度,在20分钟时达到新平衡,此时氢气的转化率为33.3%,请在图2中画出15-25分钟c (CO)的变化曲线.

分析 (1)根据CO和CH3OH的燃烧热先书写热方程式,再利用盖斯定律计算反应CO ( g )+2H2 ( g )?CH3OH ( l )的焓变,写出热化学方程式;
(2)①反应自发进行的判断依据是△H-T△S<0,据此分析判断,压强一定温度越高平衡逆向进行,氢气的转化率减小;
②在容积可变的密闭容器中充入1mol CO ( g ) 和2molH2 ( g )生成CH3OH( g ),A点氢气转化率0.5,
                            CO ( g )+2H2 ( g )?CH3OH (g )
起始量(mol)       1                    2                      0
变化量(mol)      0.5                 1                      0.5
平衡量(mol)      0.5                 1                      0.5
平衡常数K=$\frac{生成物平衡浓度幂次方乘积}{反应物平衡浓度幂次方乘积}$;
B点和A点温度不变平衡常数不变,结合三行计算列式计算平衡浓度,结合平衡常数计算气体体积;
③增加甲醇产率需要平衡正向进行,注意容器为恒温恒压容器;
(3)在容积固定为2L的密闭容器中充入2molCO( g )和6molH2( g )生成CH3OH( g ),图中中是甲醇的浓度增加,达到平衡状态甲醇浓度为0.8mol/L,据此计算甲醇反应速率,速率之比等于化学方程式计量数之比得到氢气的反应速率,计算平衡状态下CO的浓度,若15分钟时升高体系温度,在20分钟时达到新平衡,此时氢气的转化率为33.3%,改变条件后依据氢气的转化率列三行计算,得到平衡状态下一氧化碳的浓度,据此画出图象变化.

解答 解:(1)由CO(g)和CH3OH(l)的燃烧热△H分别为-283.0kJ•mol-1和-726.5kJ•mol-1,则
①CO(g)+$\frac{1}{2}$O2(g)=CO2(g)△H=-283.0kJ•mol-1 
②CH3OH(l)+$\frac{3}{2}$O2(g)=CO2(g)+2 H2O(l)△H=-726.5kJ•mol-1 
③H2(g)+$\frac{1}{2}$O2(g)=H2O(l)△H=-285.8kJ•mol-1
由盖斯定律可知用①+③-$\frac{2}{3}$×②得反应CO(g)+2H2(g)=CH3OH(l),
该反应的反应热△H=-283.0kJ•mol-1+(-285.8kJ•mol-1)-$\frac{2}{3}$(-726.5kJ•mol-1)=-128.1kJ•mol-1
即CO(g)+2H2(g)=CH3OH(l)△H=-128.1kJ•mol-1
故答案为:-128.1;
(2)①CO ( g )+2H2 ( g )?CH3OH ( l ),反应为放热反应,△H<0,气体体积减小反应的熵变△S<0,图象中压强一定随温度升高,平衡逆向进行,氢气转化率减小,则T1<T2
故答案为:<;<;
②在容积可变的密闭容器中充入1mol CO ( g ) 和2molH2 ( g )生成CH3OH( g ),A点氢气转化率0.5,
                            CO ( g )+2H2 ( g )?CH3OH (g )
起始量(mol)       1                    1                     0
变化量(mol)      0.5                 1                      0.5
平衡量(mol)      0.5                 1                      0.5
平衡常数K=$\frac{\frac{0.5}{2}}{\frac{0.5}{2}×(\frac{1}{2})^{2}}$=4,
若达到平衡状态B 时转化率为0.8,结合平衡三行计算列式计算,
                          CO ( g )+2H2 ( g )?CH3OH (g )
起始量(mol)       1                    2                      0
变化量(mol)      0.8                 1.6                    0.8
平衡量(mol)      0.2               0.4                     0.8
B点温度不变平衡常数不变,K=$\frac{\frac{0.8}{V(B)}}{\frac{0.2}{V(B)}×(\frac{0.4}{V(B)})^{2}}$=4
则容器的体积V(B)=0.4
故答案为:4,0.4;     
③A.反应为放热反应,升高温度平衡逆向进行,甲醇产率减小,故A错误;                  
B.从平衡体系中及时分离CH3OH,平衡正向进行,甲醇产率增大,故B正确;
C.充入He总压增大分压不变,平衡不变,甲醇产率不变,故C错误;                  
D.体积可变的容器中再充入0.5mol CO和1mol H2 ,相当于压强增大,体积增大,最后得到相同的平衡状态,转化率不变,甲醇产率不变,故D错误;
故答案为:B;
(3)V(CH3OH)=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{0.8mol/L}{10min}$=0.08mol/(L•min),
根据方程式得V(CH3OH):V(H2)=1:2,
所以V(H2)=2×0.08mol/(L•min)=0.16mol/(L•min);
                                    2H2(g)+CO(g)=CH3OH(g)
起始量(mol/L)            3                 1                  0
变化量(mol/L)            1.6              0.8                0.8                                                       
平衡量(mol/L)           1.4               0.2              0.8
此时CO的平衡浓度为 0.2mol/L,
改变温度,假设在20分钟时达到新平衡,氢气的转化率为33.3%,则氢气转化的浓度为△C=$\frac{6mol}{2L}$×33.3%=1mol/L,
                              2H2(g)+CO(g)=CH3OH(g)
起始浓度(1mol/L) 3             1                    0
转化浓度(1mol/L) 1              0.5               0.5
平衡浓度(1mol/L) 2              0.5               0.5
CO平衡浓度为0.5mol/L,15min时CO浓度为0.2mol/L.升温平衡逆向进行,一氧化碳物质的量浓度增大,据此画出变化曲线为:
故答案为:0.16mol•L-1•min-1

点评 本题考考查了热化学方程式和盖斯定律计算应用,平衡常数的计算及应用,影响平衡的因素分析判断,题目涉及的知识点较多,综合性较强,题目难度中等.

练习册系列答案
相关习题

科目:高中化学 来源: 题型:选择题

2.高炉炼铁过程中发生反应:$\frac{1}{3}$Fe2O3(s)+CO(g)?$\frac{2}{3}$Fe(s)+CO2(g),已知该反应在不同温度下的平衡常数如表,下列说法正确的是(  )
温度/°C100011501300
平衡常数4.03.73.5
A.△H>0
B.1000℃时,在固定体积的密闭容器中,某时刻测得上述体系中,CO、CO2的物质的量分别为0.5mol、1.8mol,此时反应向正反应方向进行
C.其他条件不变,向平衡体系充入CO2气体,K值减小
D.其他条件不变,升高温度,可以提高CO的平衡转化率

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

用H2O2溶液处理含NaCN的废水的反应原理为:NaCN + H2O2 + H2O = NaHCO3 + NH3,已知:HCN的酸性比H2CO3弱。下列有关说法正确的是( )

A.该反应中氮元素被氧化

B.该反应中H2O2作还原剂

C.0.1 mol·L-1 NaCN溶液中含有HCN和CN-的总数为0.1×6.02×1023

D.实验室配制NaCN溶液时,需加入适量的NaOH溶液

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:实验题

某化学兴趣小组同学展开对漂白剂亚氯酸钠(NaClO2)的研究。

实验Ⅰ. 制取NaClO2晶体

已知:NaClO2饱和溶液在温度低于38℃时析出的晶体是NaClO2·3H2O,高于38℃时析出的晶体是NaClO2,高于60 ℃时NaClO2分解成NaClO3和NaCl。现利用下图所示装置进行实验。

(1) 装置②中产生ClO2气体的化学方程式为

装置④中制备NaClO2的化学方程式为

(2) 装置③的作用是

(3) 从装置④反应后的溶液获得NaClO2晶体的操作步骤如下:

①减压,55℃蒸发结晶;②趁热过滤;③ ;④低于60 ℃干燥,得到成品。

实验II. 测定某亚氯酸钠样品的纯度

设计如下实验方案,并进行实验:

①称取所得亚氯酸钠样品m g于烧杯中,加入适量蒸馏水和过量的碘化钾晶体,再滴入适量的稀硫酸,充分反应(已知:ClO2?+4I?+4H+==2H2O+2I2+Cl?);将所得混合液配成250 mL待测溶液。

②移取25.00 mL待测溶液于锥形瓶中,加几滴淀粉溶液,用c mol·L?1 Na2S2O3标准液滴定,至滴定终点。重复2次,测得平均值为V mL(已知:I2+2S2O32?=2I?+S4O62?)。

(4) 达到滴定终点时的现象为

(5) 该样品中NaClO2的质量分数为 (用含m、c、V的代数式表示)。

(6) 在滴定操作正确无误的情况下,此实验测得结果偏高,原因用离子方程式表示为

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

某羧酸酯的分子式为C57H104O6,1 mol该酯完全水解可得到3 mol羧酸M和1 mol甘油[HOCH2CH(OH)CH2OH]。羧酸M的分子式为( )

A.C17H32O2 B.C18H34O2 C.C18H36O2 D.C19H36O2

查看答案和解析>>

科目:高中化学 来源: 题型:解答题

9.氮是地球上含量丰富的一种元素,氮及其化合物在工农业生产、生活中有着重要作用.
(1)在固定体积的密闭容器中,进行如下化学反应:
N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)△H=-92.4kJ/mol,其平衡常数K与温度T的关系如下表:
T/K298398498
平衡常数K4.1×106K1K2
①试判断K1> K2(填写“>”“=”或“<”).
②如果合成氨反应的方程式写为$\frac{1}{2}$N2(g)+$\frac{3}{2}$H2(g)?NH3(g),其平衡常数为K’,则K’与K的关系为D(填字母)
A.K′=K   B.K′=2K   C.K′=$\frac{1}{2}$K  D.K′=$\sqrt{k}$(2)下列各项能说明合成氨反应已达到平衡状态的是ce(填字母)(反应是在固定体积的密闭容器中进行的)
a.容器内N2、H2、NH3的浓度之比为1:3:2    b.v(N2(正)=3v(H2(逆)
c.容器内压强保持不变                        d.混合气体的密度保持不变
e.混合气体的平均摩尔质量不变
(3)将0.3mol N2和0.5mol H2充入体积不变的密闭容器中,在一定条件下达到平衡,测得容器内气体压强变为原来的$\frac{7}{8}$,此时H2的转化率为30%;欲提高该容器中H2的转化率,下列措施可行的是AD(填选项字母).
A.向容器中按原比例再充入原料气         B.向容器中再充入一定量H2
C.改变反应的催化剂                     D.液化生成物分离出氨
(4)盐酸肼(N2H6Cl2)是一种重要的化工原料,属于离子化合物,易溶于水,溶液呈酸性,水解原理与NH4Cl类似.
①写出盐酸肼第一步水解反应的离子方程式N2H62++H2O═[N2H5•H2O]++H+
②盐酸肼水溶液中离子浓度的排列顺序正确的是A(填序号).
A.c(Cl-)>c(N2H62+)>c(H+)>c(OH-)    
B.c(Cl-)>c([N2H5•H2O+])>c(H+)>c(OH-
C.2c(N2H62+)+c([N2H5•H2O]+)+c(H+)=c(H+)+c(OH-
D.c(N2H62+)>c(Cl-)>c(H+)>c(OH-

查看答案和解析>>

科目:高中化学 来源: 题型:实验题

16.回答下列问题:
(1)“霾”是当今世界环境热点话题.目前宁夏境内空气质量恶化原因之一是机动车尾气和燃煤产生的烟气.NO和CO气体均为汽车尾气的成分,这两种气体在催化转换器中发生如下反应:2NO(g)+2CO(g)$\stackrel{催化剂}{?}$2CO2(g)+N2(g)△H=-a kJ•mol-1(a>0)
在一定温度下,将2.0mol NO、2.4mol CO气体通入到固定容积为2L的密闭容器中,反应过程中部分物质的浓度变化如图所示:
①0~15min N2的平均速率v(N2)=0.013mol/(L•min);NO的转化率为40%.
②20min时,若改变反应条件,导致CO浓度减小,则改变的条件可能是CD(选填序号).
A.缩小容器体积     B.增加CO的量
C.降低温度         D.扩大容器体积
③其它条件不变,按以下选项充入起始物质,各物质体积分数仍然不变的是CD.
A.4.0mol NO、4.8mol CO
B.1.0mol NO、1.2mol CO、1.0mol CO2、0.5mol N2
C.1.6mol NO、2.0mol CO、0.4mol CO2、0.2mol N2
D.0.4mol CO、2.0mol CO2、1mol N2
(2)实验室配制FeCl3溶液时,将FeCl3固体溶解在稀盐酸中,请结合离子方程式用平衡移动原理解释原因氯化铁溶液中存在如下平衡:Fe3++3H2O?Fe(OH)3+3H+,增大H+浓度,平衡逆向移动,抑制FeCl3水解.
(3)“氯胺(NH2Cl)消毒法”是在用液氯处理自来水的同时通入少量氨气,发生反应:Cl2+NH3═NH2Cl+HCl.NH2Cl能与水反应生成可以杀菌消毒的物质(元素化合价不变).
①NH2Cl与水反应的化学方程式是NH2Cl+H2O=HClO+NH3
②在Cl2+NH3═NH2Cl+HCl中,每消耗0.5mol Cl2,转移电子0.5mol mol.

查看答案和解析>>

科目:高中化学 来源: 题型:选择题

13.下列离子方程式正确的是(  )
A.向盐酸中滴加氨水:H++OH-═H2O
B.氯化钙与碳酸氢钾溶液混合:Ca2++CO32-═CaCO3
C.氢氧化铝中和胃酸:Al(OH)3+3H+═Al3++3H2O
D.Ca(HCO32溶液中加入过量KOH溶液:Ca2++HCO3-+OH-═CaCO3↓+H2O

查看答案和解析>>

科目:高中化学 来源: 题型:选择题

14.下表中评价合理的是(  )
选项化学反应及其离子方程式评  价
A向沸腾的蒸馏水中滴加饱和的氯化铁溶液至液体变为红褐色:Fe3++3H2O=Fe(OH)3↓+3H+正 确
B大理石溶于醋酸的反应:CaCO3+2H+=Ca2++CO2↑+H2O错误,醋酸应写为分子形式CH3COOH,CaCO3应写成离子形式
C铁与稀盐酸反应:2Fe+6H+=2Fe3++3H2错误,产物不符合客观事实
DNaOH溶液中通入少量CO2反应:OH-+CO2=HCO3-正 确
A.AB.BC.CD.D

查看答案和解析>>

同步练习册答案