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(本题共8分)
水煤气法制甲醇工艺流程框图如下
(注:除去水蒸气后的水煤气含55~59%的H2,15~18%的CO,11~13%的CO2,少量的H2S、CH4,除去H2S后,可采用催化或非催化转化技术,将CH4转化成CO,得到CO、CO2和H2的混合气体,是理想的合成甲醇原料气,即可进行甲醇合成)
(1)制水煤气的主要化学反应方程式为:C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g),此反应是吸热反应。① 此反应的化学平衡常数表达式为 ;
②下列能提高碳的平衡转化率的措施是 。
A.加入C(s) B.加入H2O(g) C.升高温度 D.增大压强
(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:
CH4 (g)+3/2O2 (g)CO (g)+2H2O (g) +519KJ。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)
① X在T1℃时催化效率最高,能使正反应速率加快约3×105倍;
② Y在T2℃时催化效率最高,能使正反应速率加快约3×105倍;
③ Z在T3℃时催化效率最高,能使逆反应速率加快约1×106倍;
已知:T1>T2>T3,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)合成气经压缩升温后进入10m3甲醇合成塔,在催化剂作用下,进行甲醇合成,主要反应是:2H2(g) + CO(g) CH3OH(g)+181.6kJ。T4℃下此反应的平衡常数为160。此温度下,在密闭容器中加入CO、H2,反应到某时刻测得各组分的浓度如下:
物质 |
H2 |
CO |
CH3OH |
浓度/(mol·L-1) |
0.2 |
0.1 |
0.4 |
① 比较此时正、逆反应速率的大小:v正 v逆 (填“>”、“<”或“=”)。
② 若加入同样多的CO、H2,在T5℃反应,10 min后达到平衡,此时c(H2)=0.4 mol·L-1、c(CO)=0.7 mol·L-1、则该时间内反应速率v(CH3OH) = mol·(L·min)-1。
(4)生产过程中,合成气要进行循环,其目的是 。
(16分)实验室有一瓶Na2SO3固体,可能含有NaCl、Na2SO4、BaCl2、K2CO3、K2SO4中的一种或几种杂质,通过下列实验确定该样品的成分及Na2SO3的质量分数。请回答下列问题:
已知:
①取少量样品于试管中,加水振荡,未见沉淀生成:
②通过元素分析仪器的检测,得知该样品中不含K元素;
③用下图所示仪器进行合理组装,测定产生气体的体积(SO2在硫酸中的溶解忽略不计)
(1)按气流从左到右方向,正确的连接顺序为:A接____, 接 , 接B。
(2)利用所组装置,由分液漏斗向烧瓶中滴加l0mL水,理论上将排入量筒中 mL液体。
(3)液体X是 ,其作用是 。
(4)Y的作用是防止产生的气体溶于水,下列历给试剂符合要求的是____(填序号)。
A.甲苯 B.四氯化碳 C.酒精 D.浓硫酸
若称取样品3.00g,加入10.0mol/L的硫酸至过量(共5mL),产生无色气体,排入量筒中液体的体积为229mL(已折算成标准下的状况)。根据此信息,回答以下问题:
(5)对实验获得准确的气体体积无益的操作有 (填序号)
①检查装置的气密性:
②实验结束后,将连通ZJ、丁的导管中的水也引入量筒;
③读数时视线与量筒内凹液面最低相切点水平;
④恢复到室温后再上下调整量筒位置,使乙、丁两液面相平;
⑤在甲装置胶塞上再连接一个导管,通入N2将系统中SO2全部排出。
(6)向充分逸出气体后的溶液中加入过量BaCl2溶液,得到白色沉淀13.98g。根据实验所得现象及数据,可知:样品中Na2SO3的质量分数是 ,含有的杂质是 。
(16分)实验室有一瓶Na2SO3固体,可能含有NaCl、Na2SO4、BaCl2、K2CO3、K2SO4中的一种或几种杂质,通过下列实验确定该样品的成分及Na2SO3的质量分数。请回答下列问题:
已知:
①取少量样品于试管中,加水振荡,未见沉淀生成:
②通过元素分析仪器的检测,得知该样品中不含K元素;
③用下图所示仪器进行合理组装,测定产生气体的体积(SO2在硫酸中的溶解忽略不计)
(1)按气流从左到右方向,正确的连接顺序为:A接____, 接 , 接B。
(2)利用所组装置,由分液漏斗向烧瓶中滴加l0mL水,理论上将排入量筒中 mL液体。
(3)液体X是 ,其作用是 。
(4)Y的作用是防止产生的气体溶于水,下列历给试剂符合要求的是____(填序号)。
A.甲苯 B.四氯化碳 C.酒精 D.浓硫酸
若称取样品3.00g,加入10.0mol/L的硫酸至过量(共5mL),产生无色气体,排入量筒中液体的体积为229mL(已折算成标准下的状况)。根据此信息,回答以下问题:
(5)对实验获得准确的气体体积无益的操作有 (填序号)
①检查装置的气密性:
②实验结束后,将连通ZJ、丁的导管中的水也引入量筒;
③读数时视线与量筒内凹液面最低相切点水平;
④恢复到室温后再上下调整量筒位置,使乙、丁两液面相平;
⑤在甲装置胶塞上再连接一个导管,通入N2将系统中SO2全部排出。
(6)向充分逸出气体后的溶液中加入过量BaCl2溶液,得到白色沉淀13.98g。根据实验所得现象及数据,可知:样品中Na2SO3的质量分数是 ,含有的杂质是 。
(16分)实验室有一瓶Na2SO3固体,可能含有NaCl、Na2SO4、BaCl2、K2CO3、K2SO4中的一种或几种杂质,通过下列实验确定该样品的成分及Na2SO3的质量分数。请回答下列问题:
已知:
①取少量样品于试管中,加水振荡,未见沉淀生成:
②通过元素分析仪器的检测,得知该样品中不含K元素;
③用下图所示仪器进行合理组装,测定产生气体的体积(SO2在硫酸中的溶解忽略不计)
(1)按气流从左到右方向,正确的连接顺序为:A接____, 接 , 接B。
(2)利用所组装置,由分液漏斗向烧瓶中滴加l0mL水,理论上将排入量筒中 mL液体。
(3)液体X是 ,其作用是 。
(4)Y的作用是防止产生的气体溶于水,下列历给试剂符合要求的是____(填序号)。
A.甲苯 B.四氯化碳 C.酒精 D.浓硫酸
若称取样品3.00g,加入10.0mol/L的硫酸至过量(共5mL),产生无色气体,排入量筒中液体的体积为229mL(已折算成标准下的状况)。根据此信息,回答以下问题:
(5)对实验获得准确的气体体积无益的操作有 (填序号)
①检查装置的气密性:
②实验结束后,将连通ZJ、丁的导管中的水也引入量筒;
③读数时视线与量筒内凹液面最低相切点水平;
④恢复到室温后再上下调整量筒位置,使乙、丁两液面相平;
⑤在甲装置胶塞上再连接一个导管,通入N2将系统中SO2全部排出。
(6)向充分逸出气体后的溶液中加入过量BaCl2溶液,得到白色沉淀13.98g。根据实验所得现象及数据,可知:样品中Na2SO3的质量分数是 ,含有的杂质是 。
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