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除去杂质后的水煤气主要含H2、CO,是理想的合成甲醇的原料气。
(1)生产水煤气过程中有以下反应:①C(s)+CO2(g)2CO(g)  △H1
②CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g)  △H2;③C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)  △H3
上述反应△H3与△H1、△H2之间的关系为                       
(2)将CH4转化成CO,工业上常采用催化转化技术,其反应原理为:2CH4(g)+3O2(g)4CO(g)+4H2O(g)   △H=-1038kJ/mol。工业上要选择合适的催化剂,分别对X、Y、Z三种催化剂进行如下实验(其他条件相同):
①X在750℃时催化效率最高,能使正反应速率加快约3×105倍;
②Y在600℃时催化效率最高,能使正反应速率加快约3×105倍;
③Z在440℃时催化效率最高,能使逆反应速率加快约1×106倍;
根据上述信息,你认为在生产中应该选择的适宜催化剂是      (填“X”或“Y”或“Z”),选择的理由是                                                      
(3)请在答题卡中,画出(2)中反应在有催化剂与无催化剂两种情况下反应过程中体系能量变化示意图,并进行必要标注。
(4)合成气合成甲醇的主要反应是:2H2(g)+CO(g)CH3OH(g) △H=-90.8kJ·mol-1,T℃下此反应的平衡常数为160。
此温度下,在密闭容器中开始只加入CO、H2,反应10min后测得各组分的浓度如下:

物质
H2
CO
CH3OH
浓度/(mol·L-1
0.20
0.10
0.40
 
①该时间段内平均反应速率v(H2)=                       
②比较此时正、逆反应速率的大小:v(正)      v (逆)(填“>”、“<”或“=”)
(5)生产过程中,合成气要进行循环,其目的是                                 

(16分)
(1)△H3=△H1+△H2(2分)
(2)Z(2分) 催化效率高且活性温度低,节能(或催化活性高、速度快,反应温度低)(3分)
(3)画图如下(3分):

(4)①0.080 mol·L-1·min-1 (2分)   ②>(2分)
(5)提高原料利用率(或提高产量、产率也可)(2分)

解析试题分析:(1)观察3个热化学方程式,发现①+②=③,根据盖斯定律,△H3=△H1+△H2;(2)正反应是放热反应,升高温度平衡向逆反应方向移动,不利于甲烷转化为CO,因此选择Z催化剂,因为催化效率高且活性温度低,节能(或催化活性高、速度快,反应温度低);(3)画图要点:反应物的总能量高于生成物的总能量;无催化剂时正、逆反应的活化能较高;催化剂能降低正、逆反应的活化能,对焓变、反应物或生成物的总能量无影响,有催化剂时正、逆反应的活化能较低;标注反应物、生成物、△H、无催化剂、有催化剂;(4)①先用定义式求v(CH3OH),再用系数之必等于速率之比求v(H2),即v(CH3OH)=△c(CH3OH)/△t=(0.40—0)mol/L÷10min=0.040mol/(L?min),由于v(H2)/v(CH3OH)=2/1,则v(H2)=2v(CH3OH)= 0.080mol/(L?min),保留两位有效数字;②此时c(CH3OH)/[ c2(H2)?c(CO)]=0.40/[0.202×0.10]=100,由于100<K=160,为了能达到该温度下的平衡常数,说明该反应向正反应方向进行,即v(正)> v(逆);(5)合成气循环利用的目的是提高原料利用率(或提高产量、产率也可)。
考点:考查化学反应原理,涉及盖斯定律、催化剂的选择及解释原因、有无催化剂时体系能量变化示意图、平均反应速率的计算、化学平衡常数的应用、循环利用合成气的目的等。

练习册系列答案
相关习题

科目:高中化学 来源: 题型:填空题

能源是现代社会发展的支柱之一。
(1)化学反应中的能量变化,通常主要表现为热量的变化。
①下列反应中,属于放热反应的是___________(填序号)。
a. Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl混合搅拌
b. 高温煅烧石灰石
c. 铝与盐酸反应
②某同学进行如下图所示实验,测量稀盐酸与烧碱溶液中和反应的能量变化。实验表明:反应温度升高,由此判断该反应是_______(填“吸热”或“放热”)反应,其离子方程式是_______________。

(2)电能是现代社会应用最广泛的能源之一。
下图所示的原电池装置中,其负极是_____________________,正极上能够观察到的现象是____________________________,正极的电极反应式是_________________________。
原电池工作一段时间后,若消耗锌6.5g,则放出气体__________g。

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科目:高中化学 来源: 题型:计算题

化学反应原理在工业生产中具有十分重要的意义。
(1)合成氨用的氢气有多种制取方法:请你写出用C制备水煤气的化学反应方程式    。还可以由天然气或重油制取氢气:CH4+H2O(g) 高温催化剂CO+3H2;比较以上两种方法转移6mol电子时,C和CH4的质量之比是        
(2)工业生产可以用NH3(g)与CO2(g)经过两步反应生成尿素,两步反应的能量变化示意图如下:

则NH3(g)与CO2(g)反应生成尿素的热化学方程式为                  
(3)已知反应Fe(s)+CO2(g)=FeO(s)+CO(g) △H=akJ/mol。测得在不同温度下,该反应的平衡常数K随温度的变化如下:

①该反应的化学平衡常数表达式K=     ,a    0(填“>”、“<”或“:”)。在500℃2L密闭容器中进行反应,Fe和CO2的起始量均为4 mol,则5min后达到平街时CO2的转化率为   ,生成CO的平均速率v(CO)为    
②700℃反应达到平衡后,要使该平衡向右移动,其他条件不变时,可以采取的措施有   (填字母)。

A.缩小反应器容积B.增加Fe的物质的量
C.升高温度到900℃D.使用合适的催化剂

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科目:高中化学 来源: 题型:计算题

)含硫化合物在工业生产中有广泛的用途。
(1)SO2可用于工业生产SO3
①在一定条件下,每生成8g SO3气体,放热9.83kJ。该反应的热化学方程式为__________________
②在500℃,催化剂存在的条件下,向容积为1L的甲、乙两个密闭容器中均充入2 mol SO2和1 mol O2。甲保持压强不变,乙保持容积不变,充分反应后均达到平衡。
I.平衡时,两容器中SO3体积分数的关系为:甲_______乙(填“>”、“<”或“ =”)。
II.若乙在t1 min时达到平衡,此时测得容器乙中SO2的转化率为90%,则该反应的平衡常数为_______;保持温度不变,t2 min时再向该容器中充入1 mol SO2和1 mol SO3,t3 min时达到新平衡。请在下图中画出t2~t4min内正逆反应速率的变化曲线(曲线上必须标明V、 V

(2)硫酸镁晶体(MgSO4·7H2O )在制革、医药等领域均有广泛用途。4.92g硫酸镁晶体受热脱水过程的热重曲线(固体质量随温度变化的曲线)如右图所示。

①固体M的化学式为__________。
②硫酸镁晶体受热失去结晶水的过程分为_________个阶段。
③N转化成P时,同时生成另一种氧化物,该反应的化学方程式为_________。

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科目:高中化学 来源: 题型:计算题

金属铁用途广泛,高炉炼铁的总反应为:Fe2O3(s)+3CO(g)2Fe(s)+3CO2(g),请回答下列问题:
(1)一定温度下,在体积固定的密闭容器中发生上述反应,可以判断该反应已经达到平衡的是     

A.密闭容器中总压强不变
B.密闭容器中混合气体的平均摩尔质量不变
C.密闭容器中混合气体的密度不变
D.c(CO)= c(CO2
E.Fe2O3的质量不再变化
(2)一定温度下,上述反应的化学平衡常数为3.0,该温度下将4molCO、2molFe2O3、6molCO2、5molFe加入容积为2L的密闭容器中,此时反应将向      反应方向进行(填“正”或“逆”或“处于平衡状态”);反应达平衡后,若升高温度,CO与CO2的体积比增大,则正反应为      反应(填“吸热”或“放热”) 。
(3)已知:3Fe2O3(s)+CO(g)2Fe3O4(s)+CO2(g) △H="–47" kJ/mol
Fe3O4(s)+CO(g)3FeO(s)+CO2(g)   △H=" +19" kJ/mol
FeO(s)+CO(g)Fe(s)+CO2(g)      △H="–11" kJ/mol
则Fe2O3(s)+3CO(g)2Fe(s)+3CO2(g)的△H=            
(4)上述总反应在高炉中大致分为三个阶段,各阶段主要成分与温度的关系如下表:
温度
 250℃ ~  600℃ ~  1000℃ ~  2000℃
主要成分
      Fe2O3        Fe3O4          FeO            Fe
 
800℃时固体物质的主要成分为         ,该温度下若测得固体混合物中m(Fe)︰m(O)=105︰32,则Fe3O4被CO还原为FeO的百分率为            (设其它固体杂质中不含Fe、O元素)。

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科目:高中化学 来源: 题型:实验题

利用如图所示装置测定中和热的实验步骤如下:

步骤一:用量筒量取50ml 0.50 mol?L-1盐酸倒入小烧杯中,测出盐酸温度t1
步骤二:用另一量筒量取50ml 0.55 mol?L-1 NaOH溶液,并用另一温度计测出其温度t2
步骤三:将NaOH溶液倒入小烧杯中,设法使之混合均匀,测得混合液最高温度t3
回答下列问题:
(1)步骤三中倒入NaOH溶液的正确操作是__________。
A.沿玻璃棒缓慢倒入          B.分三次少量倒入          C.一次迅速倒入
(2)使盐酸与NaOH溶液混合均匀的正确操作是________(填序号)。
A.轻轻地振荡烧杯            B.揭开硬纸片用玻璃棒搅拌
C.用温度计小心搅拌         D.用套在温度计上的环形玻璃搅拌棒轻轻地搅动
(3)___________(填“能”或“不能”)用Ba(OH)2溶液和硫酸代替NaOH溶液和盐酸测中和热,理由是________________________________________。
(4)在反应中若因为有放热现象,而造成少量HCl在反应中挥发,则测得的中和热_______(填“偏大”、“偏小”或“不变”)。

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科目:高中化学 来源: 题型:实验题

(10分)实验室利用如图装置进行中和热的测定。

回答下列问题:①如图装置中,为了酸碱能更充分地反应,应该增加一个               (填玻璃仪器名称);大烧杯上没有盖上硬纸板,测得的中和热数值将会       (填“偏大”、“偏小”或“无影响”)。
②在操作正确的前提下提高中和热测定的准确性的关键是     ( 填代号)
A.进行实验时的气温      B.装置的保温隔热效果        C.实验所用酸碱溶液的体积
③如果用0.5 mol/L的盐酸和氢氧化钠固体进行实验,则实验中所测出的“中和热”的数值将     (填“偏大”、“偏小”、“不变”);原因是                                                      。 

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科目:高中化学 来源: 题型:单选题

足量Zn粉与50ml、 0.1mol/L的稀硫酸充分反应。为了减慢此反应速率而不改变H2的产量,可以使用如下方法中的(   )  
①加Na2SO4溶液;②改用50ml、0.1mol/L的稀盐酸;③改用50ml、0.05mol/L的硝酸;
④加适量固体醋酸钠;⑤减压;⑥冰水浴;⑦加NaCO3溶液;⑧纯Zn改为不纯的Zn

A.①④⑥B.③⑤⑥⑦⑧C.①②⑤⑥D.全部

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科目:高中化学 来源: 题型:单选题

在溶液中,CaCl2+CO2+H2O=CaCO3↓+2HCl在任何条件下都不能发生,原因是该反应的(  )

A.△H >0ΔS>0 B.△H<0ΔS<0 C.△H<0 ΔS>0 D.△H >0ΔS<0

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