精英家教网 > 高中化学 > 题目详情
合成气(CO和H2)是重要的化工原料,在工业生产中有着广泛的应用.
(1)工业上用甲烷和水蒸气在高温条件下发生反应制备合成气(CO和H2),4g甲烷完全反应吸收51.5KJ热量,写该反应的热化学方程式
CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)△H=+206KJ/mol
CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)△H=+206KJ/mol

(2)已知:CH4(g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(g)△H=-802kJ?mol-1,由反应(1)制备的合成气10m3(已折成标况),完全燃烧所提供的能量为
1.125×105
1.125×105
kJ
(3)工业上常用合成气来冶炼金属,其中CO还原氧化铁来冶炼生铁方程式如下:
3CO(g)+Fe2O3(s)═3CO2(g)+2Fe(s)△H<0
①如果上述反应在体积不变的密闭容器中发生,当反应达到平衡时,
AD
AD

A.容器中Fe2O3的质量不随时间而变化     B.反应物不再转化为生成物
C.n (CO):n (CO2)=1:1                D.容器中气体的压强不随时间而变化
②在一个容积为4L的密闭容器中,1000℃时加入4mol CO(g)和足量Fe2O3(s),反应2分钟后达到平衡,测得此时容器内气体的密度为40g/L,求该时间范围内反应的平均反应速率υ(CO2)=
0.375mol/L?min
0.375mol/L?min
、CO的平衡转化率=
75%
75%
、该反应的化学平衡常数K=
27
27

③如果在3分钟时向②的平衡体系中再加入2mol CO(g),其它条件不变,经过2分钟反应又达到平衡.请画出②、③c(CO)、c(CO2) 随时间变化的图象.
分析:(1)依据题干条件计算4g甲烷物质的量,完全反应吸收51.5KJ热量,结合反应产物写出热化学方程式,注意物质的聚集状态和对应物质的量下的反应焓变计算;
(2依据盖斯定律结合热化学方程式计算得到一氧化碳和氢气燃烧放出的热量;
(3)①依据化学平衡的标志分析判断,实质是正逆反应速率相等;
②依据化学平衡的三段式列式计算;反应速率的概念、转化率概念、化学平衡常数概念,的计算应用;
③依据一氧化碳和二氧化碳随反应进行变化的量和平衡量分析画出;
解答:解:(1)4g甲烷完全反应吸收51.5KJ热量,16g甲烷和水反应吸收热量为206KJ;反应的热化学方程式为:CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)△H=+206KJ/mol;
故答案为:CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)△H=+206KJ/mol;
(2)①CH4(g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(g)△H=-802kJ?mol-1
②CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)△H=+206KJ/mol;
依据盖斯定律,①-②得到:CO(g)+3H2(g)+2O2(g)=CO2(g)+3H2O(g)△H=-1008KJ/mol;
合成气10m3物质的量=
104L
22.4L/mol
=
104
22.4
mol,结合热化学方程式可知,4mol一氧化碳和氢气完全燃烧放热放热1008KJ,所以
104
22.4
mol,混合气体完全燃烧放出的热量=
104
22.4
×1008
4
=1.125×105KJ;
故答案为:1.125×105KJ;
(3)3CO(g)+Fe2O3(s)═3CO2(g)+2Fe(s)△H<0
①如果上述反应在体积不变的密闭容器中发生,当反应达到平衡时:
A、容器中Fe2O3的质量不随时间而变化,说明反应达到平衡,故A符合;
B、平衡时,正逆反应都进行只是正反应速率和逆反应速率相同,故B不符合;
C、一氧化碳和二氧化碳的物质的量之比和起始量有关,n (CO):n (CO2)不一定为1:1,故C不符合;
D、反应是气体体积不变的反应,平衡时容器中气体的压强不随时间而变化,故D正确;
故答案为:AD;
②在一个容积为4L的密闭容器中,1000℃时加入4mol CO(g)和足量Fe2O3(s),反应2分钟后达到平衡,测得此时容器内气体的密度为40g/L,设反应的一氧化碳物质的量为x:
                  3CO(g)+Fe2O3(s)═3CO2(g)+2Fe(s)
起始量(mol)     4                     0
变化量(mol)     x                     x
平衡量(mol)    4-x                    x
容器内气体的密度为40g/L:
(4-x)×28g/mol+x×44g/mol
4
=40g/L计算得到x=3mol;
该时间范围内反应的平均反应速率υ(CO2)=
3mol
4L
2min
=0.375mol/L;
CO的平衡转化率=
3mol
4mol
×100%=75%
该反应的化学平衡常数K=
[CO2]3
[CO]3
=
(
3
4
)3
(
1
4
)3
=27;
故答案为:0.375mol/L  75%   27;
③起始量一氧化碳得到浓度为1mol/L;平衡时一氧化碳浓度为0.25mol/L;二氧化碳平衡浓度为0.75mol/L;如果在3分钟时向②的平衡体系中再加入2mol CO(g),其它条件不变,经过2分钟反应又达到平衡;平衡后一氧化碳转化率不变为75%,所以平衡后一氧化碳浓度为0,375mol/L;二氧化碳平衡浓度为1.125mol/L;结合时间画出图象为:


故答案为:
点评:本题考查了热化学方程式的书写,盖斯定律的计算应用,化学平衡的特征分析,化学平衡的三段式计算,反应速率,转化率,化学平衡常数的概念应用,平衡图象的数值计算和画法,题目难度大.
练习册系列答案
相关习题

科目:高中化学 来源: 题型:

(2009?南京二模)工业上可利用合成气(CO和H2的混合气体)生产甲醇(如反应④).已知:
①CO(g)+
1
2
O2(g)=CO2(g)△H=-283.0kJ/mol
②H2(g)+
1
2
O2(g)=H2O(l)△H=-285.8kJ/mol
③CH3OH(g)+
3
2
O2(g)=2H2O(l)+CO2(g)△H=-761.7kJ/mol
④CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g)
(1)反应④的△H=
,△S
(填“>”“<”或“=”).
(2)在一定条件下,反应④在一密闭容器中达到平衡.维持H2浓度和容器的温度不变,增大容器的体积,平衡将
B
B
(填字母).
A.向正反应方向移动          B.向逆反应方向移动
C.不移动                    D.无法判断
(3)工业上用反应④低压合成甲醇,在230℃~270℃最为有利.为研究合成气最合适的起始组成比,分别在230℃、250℃和270℃进行实验,结果如图.230℃的实验结果所对应的曲线是
X
X
(填字母);工业生产适宜采用的合成气组成比n(H2):n(CO)的范围应是
B
B
.(填字母) 
A.1:1~1.5:1    B.2.2:1~3:1    C.3.5:1~4.5:1
(4)原料气中含有少量CO2对CO合成甲醇的转化率有一定影响.科学家为研究这一影响,在同一容器中分别进行以下5组实验.
组别 原料气中各组分的体积分数
CO CO2 H2 N2
第1组 19.7 0.0 59.1 21.2
第2组 20.7 0.3 62.1 16.9
第3组 16.9 1.3 50.7 31.1
第4组 19.8 5.5 59.4 15.3
第5组 20.3 10.9 60.9 7.9
表中5组实验中,控制不变的实验条件是压强、催化剂、
温度
温度
CO和H2的体积分数之比
CO和H2的体积分数之比
等.

查看答案和解析>>

科目:高中化学 来源: 题型:

[化学选修2一化学与技术]
2013年1月9日以来,全国中东部地区陷入严重的雾霾污染空气中,中央气象台将大雾蓝色预警升级至黄色预警.雾霾空气中含有较多的粒径2.5微米至10微米的颗粒物.治理雾霾空气是化学工作者的重要工作.
(1)下列哪些措施可以有效治理雾霾空气
 

A、戴口罩远离烟雾B、合理开发水电、太阳能、风能等清洁能源C、种植绿色植物,提高森林覆盖率D、进行人工降雨,减少颗粒漂浮物.
(2)设法把煤转化为中热值气是煤的综合利用途径之一,中热值气的成分是
 
,其主要用途有
 
 
(答两种).
(3)把燃料设计成燃料电池可提高燃料的燃烧效率.以CO为燃料制作燃料电池,电池的正极通入O2和CO2,负极通入CO,电解质是熔融碳酸钠,工作时负极反应式为
 
,若使用该电池电解熔融Al2O3,制取10.8g Al,则理论上需要氧气的体积为 (标准状况下)
 
L
(4)甲醇是一种重要的化工原料和燃料,工业生产甲醇的常用方法是:
CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)△H=-90.8KJ/mol
已知:2H2(g)+O2(g)=H2O(l)△H=-571.6KJ/mol
2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)△H=-566.0KJ/mol
CH3OH(g)=CH3OH(l)△H=-37.3KJ/mol
计算液体CH30H的燃烧热为
 

(5)二甲醚(CH3OCH3)可由合成气(CO和H2)在一定条件下制得.用合成气制二甲醚时,还产生了一种可参与大气循环的、常温为液态的氧化物,写出该反应的化学方程式
 

查看答案和解析>>

科目:高中化学 来源: 题型:

工业上可利用合成气(CO和H2的混合气体)生产甲醇.已知:CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)△H=-92.9kJ/mol 一定条件下,该反应在一体积固定的密闭容器中达到平衡.下列说法正确的是(  )
A、该反应的△S<0B、该反应在任何温度下均能自发进行C、向容器中充入少量He,平衡向正反应方向移动D、升高温度平衡向正反应方向移动

查看答案和解析>>

科目:高中化学 来源: 题型:

CO和H2是合成多种有机化合物的重要原料,亦称作合成气.CO和H2反应在不同条件下得到不同的产物:
反应条件 主要产物 生成1mol有机物
△H/kJ?mol-1
Cu-ZnO-Cr2O3-MnO,200~400℃,30~40MPa 甲醇 -128
Ni,250~500℃,常压 甲烷(和水蒸气) -206.2
FeO-Co-Ni,150~350℃,0.1~3MPa 人造石油
Ru,150~250℃,10~100MPa 固态烷烃
ThO-ZnO-Al2O3,400~500℃,10~100MPa 异丁烷、异戊烷
Co-Fe,100~200℃,10~20MPa 含氧有机化合物
Rh原子簇配合物,高压液相 乙二醇
(少量乙酸、乙醇)
现有可以由CO和H2在不同条件下合成的A、C、G三种有机化合物,这三种化合物在上表中都已列出.它们及相关的其他物质有如下的转化关系:
精英家教网
已知:常温常压下,A、B、D均为气态,E和F是同分异构体,将等质量的D和E分别完全燃烧消耗氧气的量、生成二氧化碳和水的量两者都相同.请回答下列问题:
(1)写出D和H的结构简式:D
 
,H
 
;写出由B生成C的反应类型
 

(2)G与过量金属钠反应的化学方程式为
 

(3)F的银镜反应为
 

(4)C可用作燃料电池的燃料,在碱性溶液中此电池负极的电极反应为
 

(5)A与水蒸气在一定条件下反应生成合成气CO和H2,其热化学方程式为(注明催化剂)
 
,为了有利于合成气的生成,压强不采用高压而采用常压的原因是
 
,温度应高于
 

查看答案和解析>>

科目:高中化学 来源: 题型:

随着经济发展和人民生活水平的提高,近年来我省汽车拥有量呈较快增长趋势.
(1)乙丙橡胶(精英家教网)因柔韧性好而被用于制造汽车门窗密封胶条,工业生产乙丙橡胶的单体是
 
精英家教网
(2)在发动机和三元催化转化器间的尾气流中安装一个称为λ探测器的电化学元件,可测定λ(λ=入口处的空气量/完全燃烧需要的空气量)值,如图所示.当汽车速度增加时,入口处的空气量增大,此时排出尾气中的主要污染物是
 
.在转化器的前半部,一氧化碳和氮氧化物(NOx)通过催化剂发生反应转化为无污染的气体,其反应的化学方程式为
 

(3)测定汽车尾气中NO,NO2的方法之一,用3%的H2O2溶液吸收生成HNO3,再用NaOH标准溶液滴定.若要确定尾气中NO,NO2体积分数总和,所需的数据有
 
(选填序号).
A.气体样品的体积
B.NaOH标准溶液的浓度及所消耗的体积
C.从滴定开始到指示剂变色所需的时间
D.两种氮氧化物的体积比
(4)为了降低汽车尾气对大气的污染,有关部门拟用甲醇替代作为公交车的燃料.写出用合成气(CO和H2)生产甲醇的化学方程式
 
,用该方法合成甲醇的最大优点是
 
.已知甲醇燃烧热为726kJ/mol.请写出甲醇燃烧的热化学方程式
 

查看答案和解析>>

同步练习册答案