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【题目】甲醇既是重要的化工原料,又可作为燃料,利用合成气(主要成分为CO、CO2和H2)在催化剂作用下合成甲醇,发生的主要反应如下:

①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)ΔH1

②CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)ΔH2

③CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)ΔH3

回答下列问题:

(1)已知反应①中相关的化学键键能数据如下:

化学键

H—H

C—O

H—O

C—H

E/(kJ·mol-1)

436

343

1 076

465

413

由此计算ΔH1________kJ·mol-1;已知ΔH2=-58 kJ·mol-1,则ΔH3________kJ·mol-1

(2)反应①的化学平衡常数K表达式为________;图1中能正确反映平衡常数K随温度变化关系的曲线为________(填曲线标记字母),其判断理由是________

图1

图2

(3)合成气组成n(H2)/n(CO+CO2)=2.60时,体系中的CO平衡转化率(α)与温度和压强的关系如图2所示。α(CO)值随温度升高而________(填“增大”或“减小”),其原因是________________________________;图2中的压强由大到小为________,其判断理由是____________

【答案】-99 +41 答案见解析 a 反应①为放热反应,升高温度使其平衡向逆反应方向移动,平衡常数K应减小 减小 由图2可知,压强恒定时,随着温度的升高,α(CO)减小 p3p2p1 温度恒定时,反应①为气体分子数减小的反应,加压使平衡向正反应方向移动,α(CO)增大,而反应③为气体分子数不变的反应,加压对其平衡无影响,故增大压强时,有利于α(CO)增大

【解析】

(1)根据反应①,ΔH1=[E(C≡O)+2E(H—H)]-[3E(C—H)+E(C—O)+E(H—O)]=[1076 kJ·mol-1+2×436 kJ·mol-1]-[3×413 kJ·mol-1+343 kJ·mol-1+465 kJ·mol-1]= -99 kJ·mol-1;根据盖斯定律,②-①可得反应③,ΔH3=ΔH2-ΔH1=-58 kJ·mol-1-(-99 kJ·mol-1)=+41 kJ·mol-1

正确答案-99;+41。

(2)根据化学平衡常数的概念可写出反应K的表达式K=由第一小题计算

可知反应是放热反应,升高温度,化学平衡向逆反应方向移动,化学平衡常数K减小,因此曲线a符合。

正确答案:K=a 。

(3)由图2可知,压强不变时,随着温度的升高,α(CO)减小;反应为气体分子数不变

的反应,加压对其平衡无影响;反应为气体分子数减小的反应,加压α(CO)增大;由图2可知,固定温度(如530 K)时,p1p2p3α(CO)增大,因此综合分析可知p3p2p1

正确答案减小;由图2可知,压强恒定时,随着温度的升高,α(CO)减小; p3p2p1 温度恒定时,反应①为气体分子数减小的反应,加压使平衡向正反应方向移动,α(CO)增大,而反应③为气体分子数不变的反应,加压对其平衡无影响,故增大压强时,有利于α(CO)增大。

练习册系列答案
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【题目】下列指定反应的离子方程式正确的是(  )

A.Na2O2H2O反应:2O2H2O===O2↑+4OH

B.Fe2(SO4)3溶液中加入足量Cu粉:2Fe33Cu===2Fe3Cu2

C.NaHSO4溶液中加入Ba(OH)2溶液至中性:2HSOBa22OH===BaSO4↓+2H2O

D.向银氨溶液中加入足量盐酸:[Ag(NH3)2]2H===Ag2NH

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A.T℃时,平衡常数K=3CO2H2的平衡转化率相等

B.T℃时,上述条件下达到平衡时放出49.0kJ的热量

C.降温和缩小容器体积均可使反应的平衡常数增大

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【题目】某小组研究Cu与浓硝酸反应时发现如下现象:

装置与试剂

现象

Cu片完全溶解,产生红棕色气体,得到绿色溶液A,该溶液长时间放置后得到蓝色溶液B。反应后溶液体积几乎不变。

1Cu与浓硝酸反应的离子方程式为_____

2)甲同学猜测溶液A不是蓝色而呈绿色与溶解了NO2有关,于是向溶液B中通入NO2,然后再持续通入一段时间N2,观察到现象:_____,证实猜测合理。

甲同学为深入研究溶液A呈绿色的原因,查得如下资料并提出了新的假设:

假设一:A中形成了Cu(NO2)使溶液呈绿色。

为了验证假设一的合理性,甲同学进行了如下实验:

(实验一)

操作

现象

①向20.0mL0.5mol·L-1Cu(NO3)2蓝色溶液中通入少量NO2气体

溶液呈绿色

②向20.0mL水中通入与①中等量的NO2气体

溶液呈无色

3)操作②的目的是_____

4)乙同学向①所得溶液中滴加浓硫酸,使溶液中c(H+)达约8mol·L-1,观察到有无色气体放出(遇空气变为红棕色),溶液很快变回蓝色。利用平衡移动原理解释溶液变蓝的原因:_____

5)综合甲乙两位同学的实验,假设一不成立。请说明理由:______

乙同学查得如下资料并提出来另一种假设:

假设二:A中浓硝酸溶解了NO2所得黄色溶液与Cu2+的蓝色复合形成的绿色。

为验证假设二的合理性,乙同学进行了如下实验:

(实验二)

操作

现象

①配制与溶液Ac(H+)浓度相同的HNO3溶液,取20.0mL,通入少量NO2气体

溶液呈黄色

②加入

溶液变为绿色

……

溶液立即变回蓝色

6)操作②中加入的试剂为_____

操作③进一步证明了假设二的合理性,写出该操作:span>_____

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【题目】工业上,在催化剂条件下,用NH3作为还原剂将烟气中的NOx还原成无害的氢气和水,反应方程式可表示为:2NH3(g)+NO(g)+NO2(g)2N2(g)+3H2O(g)

(1)一定条件下,在容积为2L的容器内进行该反应,20min时达到平衡,生成N2 0.4mol,则平均反应速率v(NO)=___________________。可从混合气体的颜色变化判断上述反应是否达到平衡,其理由是_______________________________________________

(2)工业上也用氨水吸收SO2尾气,最终得到(NH4)2SO4(NH4)2SO4溶液中c(NH4+)c(SO42-)之比____2:1(选填“>”“<”“=”),用离子方程式解释其原因______________________

(3)Cl2相比较,ClO2处理水时被还原成Cl-,不生成有机氯代物等有害物质。工业上可用亚铝酸钠和稀盐酸为原料制备ClO2,反应如下:NaClO2+HCl→ClO2↑+NaCl+_____(没有配平)

(4)补全方程式并配平,标出电子转移方向和数目_________________________

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