Question

【題目】CO和H2是工業(yè)上最常用的合成氣，該合成氣的制備方法很多，它們也能合成許多重要的有機(jī)物。回答下列問(wèn)題：

(1)制備該合成氣的一種方法是以CH4和H2O為原料，有關(guān)反應(yīng)的能量變化如圖所示。

CH4 (g)與H2O(g)反應(yīng)生成CO(g)和H2 (g)的熱化學(xué)方程式為____。

(2)工業(yè)乙醇也可用CO和H2合成，常含一定量甲醇，各國(guó)嚴(yán)禁使用成本低廉的工業(yè)酒精勾兌食用酒，但一般定性的方法很難檢測(cè)出食用酒中的甲醇。有人就用硫酸酸化的橙色K2Cr2O7溶液定量測(cè)定混合物中甲醇的含量，甲醇與酸性K2Cr2O7溶液反應(yīng)生成CO2、Cr2(SO4)3等物質(zhì)，寫(xiě)出其化學(xué)方程式 ___________。

(3)為了檢驗(yàn)由CO和H2合成氣合成的某有機(jī)物M的組成，進(jìn)行了如下測(cè)定：將1.84gM在氧氣中充分燃燒，將生成的氣體混合物通過(guò)足量的堿石灰，堿石灰 增重4. 08 g，又知生成CO2和H2O的物質(zhì)的量之比為3:4。則M中碳、氫、氧原子個(gè)數(shù)之比為____。

(4) CO2和H2合成甲醇涉及以下反應(yīng)：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) H=-49.58kJ/mol。在反應(yīng)過(guò)程中可以在恒壓的密閉容器中，充入一定量的CO2和H2，測(cè)得不同溫度下，體系中CO2的平衡轉(zhuǎn)化率與壓強(qiáng)的關(guān)系曲線(xiàn)如圖所示：

①反應(yīng)過(guò)程中，表明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的標(biāo)志是______;

A.生成3mol O-H鍵，同時(shí)斷裂3mol H-H鍵 B.容器中氣體的壓強(qiáng)不再變化

C.容器中氣體的平均摩爾質(zhì)量不變 D.CH3OH的濃度不再改變

②比較T1與T2的大小關(guān)系：T1 ___T2 (填“<”、“=”或“>”)。

③在T1和P2的條件下，向密閉容器中充入1mol CO2和3mol H2，該反應(yīng)在第5 min時(shí)達(dá)到平衡，此時(shí)容器的容積為2.4 L，則該反應(yīng)在此溫度下的平衡常數(shù)為____，保持T1和此時(shí)容器的容積不變，再充入1mol CO2和3mol H2，設(shè)達(dá)到平衡時(shí)CO2的總轉(zhuǎn)化率為a，寫(xiě)出一個(gè)能夠解出a的方程或式子 ___(不必化簡(jiǎn)，可以不帶單位)。

Answer 1

【答案】CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g) ΔH=+(-p+3n+m)kJ·mol－1 CH3OH+K2Cr2O7+4H2SO4=CO2+K2SO4+Cr2(SO4)3+6H2O 3:8:3 CD ＜ 3

【解析】

(1)根據(jù)圖像書(shū)寫(xiě)熱化學(xué)方程式，結(jié)合蓋斯定律計(jì)算反應(yīng)熱；

(2)結(jié)合提供信息，利用氧化還原反應(yīng)電荷守恒和物料守恒書(shū)寫(xiě)方程式；

(3)根據(jù)有機(jī)物燃燒碳原子守恒、氫原子守恒，以及生成物的比例關(guān)系列方程計(jì)算M中的碳、氫、氧數(shù)目；

(4)①根據(jù)平衡狀態(tài)的特點(diǎn)，以及變量變成不變量時(shí)反應(yīng)達(dá)到平衡等分析判斷；

②二氧化碳的轉(zhuǎn)化率隨溫度的升高而降低，據(jù)此分析；

③列“三段式”，利用溫度不變，平衡常數(shù)不變的關(guān)系進(jìn)行解答計(jì)算。

(1)依據(jù)三個(gè)能量關(guān)系圖像寫(xiě)出對(duì)應(yīng)的熱化學(xué)方程式：CO(g)＋O2(g)= CO2(g) ΔH1＝－m kJ·mol－1；H2(g)＋O2(g)=H2O(g) ΔH2＝－n kJ·mol－1；CH4(g)＋2O2(g)=CO2(g)+ 2H2O(g)ΔH3＝－p kJ·mol－1；由蓋斯定律得：CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)ΔH＝ΔH3－3ΔH2－ΔH1＝+(－p+3×n+m)kJ·mol－1；

(2)甲醇與酸性K2Cr2O7溶液反應(yīng)生成CO2、Cr2(SO4)3，Cr的化合價(jià)降低3，碳的化合價(jià)升高6，根據(jù)電荷守恒，物料守恒可得CH3OH+K2Cr2O7+4H2SO4=CO2+K2SO4+Cr2(SO4)3+6H2O；

(3)根據(jù)1.84g M中含Cx mol，含H y mol，據(jù)題意有，解得x=0.06 y=0.16；則1.84g M中含氧物質(zhì)的量z= =0.06 mol，1mol M中含C、H、O分別為3、8、3，則M中碳、氫、氧原子個(gè)數(shù)之比為3:8:3；

(4)①A．?dāng)嗔?/span>3 mol H—H鍵就意味著消耗了3molH2，CH3OH和H2O中均有H—O鍵，即反應(yīng)生成了3mol O-H鍵，均表明正反應(yīng)速率的變化關(guān)系，所以不能說(shuō)明v正=v逆，故A錯(cuò)誤；

B．由于反應(yīng)過(guò)程中容器的壓強(qiáng)一直保持不變，故“壓強(qiáng)不再變”的時(shí)刻也不能說(shuō)明v正=v逆，故B錯(cuò)誤；

C．容器中反應(yīng)物、生成物均為氣體，氣體總質(zhì)量m一直保持不變，但反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量差△n≠0，即只有當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，體系的總物質(zhì)的量n才不再變化，故由M=知“平均摩爾質(zhì)量不變”能夠表明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故C正確；

D．“CH3OH的濃度不再改變”表明，單位時(shí)間內(nèi)生成和消耗的CH3OH的濃度相等，即v正=v逆，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故D正確；

答案選CD；

②由ΔH＝－49.58 kJ·mol－1＜0，知正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，在同一壓強(qiáng)下，溫度升高可使CO2的轉(zhuǎn)化率降低，再由圖像可知T1＜T2；

③由圖1知，在T1和p2的條件下，平衡時(shí)CO2的轉(zhuǎn)化率為60%。消耗的CO2為1mol ×60%＝0.6 mol，故有如下關(guān)系：

結(jié)合容器的體積(2.4L)有，平衡體系中各物質(zhì)的濃度為c(CO2)=mol·L－1，c(H2)=mol·L－1，c(CH3OH)=mol·L－1，c(H2O)=mol·L－1，則該條件下的平衡常數(shù)為；由于再充入原料氣時(shí)，反應(yīng)溫度沒(méi)變，即K不變。設(shè)達(dá)到平衡時(shí)CO2的總轉(zhuǎn)化率為a，則整個(gè)過(guò)程中反應(yīng)的CO2為2a mol，同理有如下關(guān)系：

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