8.二甲醚(CH3OCH3)是一種應(yīng)用前景廣闊的清潔燃料,以CO和H2為原料生產(chǎn)二甲醚主要發(fā)生以下三個(gè)反應(yīng):
編號(hào)熱化學(xué)方程式化學(xué)平衡常數(shù)
CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)△H1K1
2CH3OH(g)?CH3OCH3(g)+H2O(g)△H2=-24kJ•mol-1K2
CO(g)+H2O(g)?CO2(g)+H2(g)△H3=-41kJ•mol-1K3
回答下列問(wèn)題:
(1)已知反應(yīng)①中的相關(guān)的化學(xué)鍵鍵能數(shù)據(jù)如下:
化學(xué)鍵H-HC-OC=OH-OC-H
E/(kJ.mol-14363431076465413
由上述數(shù)據(jù)計(jì)算△H1=-99 kJ•mol-1
(2)該工藝的總反應(yīng)為3CO(g)+3H2(g)?CH3OCH3(g)+CO2(g)△H,該反應(yīng)△H=-263 kJ•mol-1,化學(xué)平衡常數(shù)K=K12•K2•K3(用含K1、K2、K3的代數(shù)式表示);
(3)下列措施中,能提高CH3OCH3產(chǎn)率的有AD;
A.分離出二甲醚               B.升高溫度
C.改用高效催化劑             D.增大壓強(qiáng)
(4)工藝中反應(yīng)①和反應(yīng)②分別在不同的反應(yīng)器中進(jìn)行,無(wú)反應(yīng)③發(fā)生.該工藝中反應(yīng)③的發(fā)生提高了CH3OCH3的產(chǎn)率,原因是反應(yīng)③消耗了反應(yīng)②中的產(chǎn)物H2O,使反應(yīng)②的化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng),從而提高CH3OCH3的產(chǎn)率;
(5)以$\frac{n({H}_{2})}{n(CO)}$=2 通入1L的反應(yīng)器中,一定條件下發(fā)生反應(yīng):4H2(g)+2CO(g)?CH3OCH3(g)+H2O(g)△H,其CO的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度、壓強(qiáng)變化關(guān)系如圖所示.下列說(shuō)法正確的是CD;
A.該反應(yīng)的△H>0
B.若在p2和316℃時(shí)反應(yīng)達(dá)到平衡,則CO的轉(zhuǎn)化率小于50%
C.若在p3和316℃時(shí)反應(yīng)達(dá)到平衡,H2的轉(zhuǎn)化率等于50%
D.若在p3和316℃時(shí),起始時(shí)$\frac{n(H2)}{n(CO)}$=3,則達(dá)平衡時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率大于50%
E.若在p1和200℃時(shí),反應(yīng)達(dá)平衡后保持溫度和壓強(qiáng)不變,再充入2mol H2和1mol CO,則平衡時(shí)二甲醚的體積分?jǐn)?shù)增大
(6)某溫度下,將8.0mol H2和4.0mol CO充入容積為2L的密閉容器中,發(fā)生反應(yīng):4H2(g)+2CO(g)?CH3OCH3(g)+H2O(g),反應(yīng)達(dá)平衡后測(cè)得二甲醚的體積分?jǐn)?shù)為25%,則該溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)K=2.25.

分析 (1)△H等于反應(yīng)物的鍵能減去生成物的鍵能;
(2)蓋斯定律:化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱只與反應(yīng)體系的始態(tài)和終態(tài)有關(guān),而與反應(yīng)的途徑無(wú)關(guān);
(3)總反應(yīng)的平衡常數(shù)等于分反應(yīng)的平衡常數(shù)之積;
(4)勒夏特列原理:如果改變可逆反應(yīng)的條件(如濃度、壓強(qiáng)、溫度等),化學(xué)平衡就被破壞,并向減弱這種改變的方向移動(dòng);
(5)催化劑不會(huì)影響化學(xué)平衡移動(dòng);
(6)可用體積分?jǐn)?shù)求出各物質(zhì)的濃度,然后再利用平衡常數(shù)的公式求出平衡常數(shù).

解答 解:(1)由△H等于反應(yīng)物的鍵能減去生成物的鍵能,可求得反應(yīng)①的△H1=1076+2×436-343-465-3×413=-99 kJ•mol-1,故答案為:-99 kJ•mol-1;
(2)由蓋斯定律可得,總反應(yīng)3CO(g)+3H2(g)CH3OCH3(g)+CO2(g)為方程式①×2+②+③相加所得,故△H=2△H1+△H2+△H3=2×(-99)-24-41=-263 kJ•mol-1;總反應(yīng)的平衡常數(shù)等于分反應(yīng)的平衡常數(shù)之積,則K=K12•K2•K3
故答案為:-263 kJ•mol-1;K=K12•K2•K3
(3)由勒夏特列原理,對(duì)于3CO(g)+3H2(g) CH3OCH3(g)+CO2(g)為了提高CH3OCH3產(chǎn)率,反應(yīng)需要向正反應(yīng)方向移動(dòng),因此通過(guò)減小氣體體積、降溫、減少產(chǎn)物的量可以實(shí)現(xiàn),而催化劑對(duì)化學(xué)平衡的移動(dòng)沒(méi)有影響,由此可知A、D正確.
故答案為:AD;
(4)反應(yīng)②2CH3OH(g)?CH3OCH3(g)+H2O(g),反應(yīng)③CO(g)+H2O(g)?CO2(g)+H2(g),由此可知,反應(yīng)③消耗反應(yīng)②中的水,根據(jù)勒夏特列原理可知,可提高CH3OCH3的產(chǎn)率.
故答案為:反應(yīng)③消耗了反應(yīng)②中的產(chǎn)物H2O,使反應(yīng)②的化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng),從而提高CH3OCH3的產(chǎn)率;
(5)由圖象可知,反應(yīng)溫度升高,CO的轉(zhuǎn)化率降低,說(shuō)明該正反應(yīng)方向?yàn)榉艧岱磻?yīng),△H<0,A錯(cuò)誤;找出p2,316℃坐標(biāo)點(diǎn),可知CO的轉(zhuǎn)化率大于50%,B錯(cuò)誤;由圖可知,p3,316℃時(shí),CO的轉(zhuǎn)化率為50%,而此時(shí)H2和CO的物質(zhì)的量之比等于系數(shù)比,即兩者的轉(zhuǎn)化率相等,所以H2的轉(zhuǎn)化率也為50%,C正確;若增大H2和CO的物質(zhì)的量之比,則平衡正向移動(dòng),CO的轉(zhuǎn)化率也同時(shí)升高,D正確;根據(jù)等效平衡的原理,保持溫度和壓強(qiáng)不變,充入與起始時(shí)等比值的氫氣和CO,兩種平衡等效,二甲醚的體積分?jǐn)?shù)不變,E錯(cuò)誤.
故答案為:CD;
(6)設(shè)平衡時(shí)CH3OCH3的物質(zhì)的量為xmol,由4H2(g)+2CO(g)?CH3OCH3(g)+H2O(g),平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度分別為:[H2]=4-2x,[CO]=2-x,[CH3OCH3]=$\frac{x}{2}$,[H2O]=$\frac{x}{2}$.二甲醚的體積分?jǐn)?shù)為25%,也即$\frac{\frac{x}{2}}{(4-2x+2-x+\frac{x}{2}+\frac{x}{2})}$=$\frac{1}{4}$,解得x=$\frac{3}{2}$;所以平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度分別為:[H2]=1,[CO]=0.5,[CH3OCH3]=0.75,[H2O]=0.75,所以平衡常數(shù)K=$\frac{[C{H}_{3}OC{H}_{3}]•[{H}_{2}O]}{[{H}_{2}]^{4}•[CO]^{2}}$=$\frac{0.75×0.75}{1×0.5×0.5}$=2.25.
故答案為:2.25.

點(diǎn)評(píng) 本題難度較大,綜合性非常強(qiáng),綜合了化學(xué)平衡、轉(zhuǎn)化率、蓋斯定律等知識(shí).

練習(xí)冊(cè)系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:實(shí)驗(yàn)題

5.氯氣是一種重要的化工原料.某化學(xué)學(xué)習(xí)小組在實(shí)驗(yàn)室中利用如圖所示裝置制取氯氣并探究其性質(zhì).

(1)若A是用二氧化錳和濃鹽酸反應(yīng)制取氯氣的發(fā)生裝置,除圓底燒瓶和導(dǎo)管外還用到的玻璃儀器有分液漏斗、酒精燈;
(2)裝置B中盛有的試劑是飽和食鹽水,作用是吸收氯氣中的氯化氫.
(3)若E中品紅溶液褪色,則C裝置中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式是2Fe2++4Br-+3Cl2═2Fe3++6Cl-+2Br2
為了證明確實(shí)發(fā)生了此反應(yīng),可在實(shí)驗(yàn)后,取少量C中溶液,滴加KSCN溶液,溶液變?yōu)檠t色;另取少量C中溶液,加入CCl4萃取,CCl4層變?yōu)槌壬ㄌ顚?shí)驗(yàn)步驟和現(xiàn)象).
(4)吸收尾氣一段時(shí)間后,F(xiàn)中溶液仍呈強(qiáng)堿性,且一定存在Cl-、OH-、CO32-和SO42-.對(duì)于可能存在的其他陰離子,該小組提出了3種假設(shè).
假設(shè)1:只存在SO32-;    假設(shè)2:只存在ClO-;
假設(shè)3:既不存在SO32-,也不存在ClO-;
①同時(shí)存在SO32-和ClO-是不可能的,理由是SO32-與ClO-能發(fā)生氧化還原反應(yīng),故不能共存
②為判斷假設(shè)是否正確,該小組設(shè)計(jì)如下實(shí)驗(yàn)方案,請(qǐng)完善實(shí)驗(yàn)步驟并填寫預(yù)期現(xiàn)象.限選試劑如下所示:
a.3mol/L 硫酸      b.0.01mol/L KMnO4溶液    c.1mol/L BaCl2溶液d.淀粉一KI溶液    e.酚酞試液
步驟一;取少量F中溶液,將其分別裝于A、B兩試管中.
步驟二:向A試管中滴加少量ab(填序號(hào)).若溶液褪色(填現(xiàn)象),則假設(shè)1成立.
步驟三:向B試管中滴加少量ad(填序號(hào));若溶液變藍(lán)色(填現(xiàn)象),則假設(shè)2成立,請(qǐng)寫出反應(yīng)的離子方程式:ClO-+2I-+2H+=I2+Cl-+H2O.

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:多選題

6.下列畫有橫線的物質(zhì)在反應(yīng)中不能完全消耗的是( 。
A.將含少量CO2的CO氣體通入盛有足量Na2O2的密閉容器中,并不斷用電火花引燃
B.將l mol Mg置于10 L空氣(標(biāo)況)中,使之在高溫下反應(yīng)
C.標(biāo)準(zhǔn)狀況下,將11.2L H2S與22.4L O2混合點(diǎn)燃
D.在強(qiáng)光持續(xù)照射下,向過(guò)量的Ca(ClO)2的懸濁液中通入少量CO2

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:選擇題

3.用括號(hào)內(nèi)的試劑可除去各組物質(zhì)中的少量雜質(zhì),使物質(zhì)得到提純的是( 。
A.乙醇中的水(Na)B.乙酸乙酯中的乙醇(乙酸)
C.乙酸乙酯中的乙酸(飽和Na2CO3溶液)D.乙酸中的苯酚(NaOH溶液)

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:選擇題

3.汞(熔點(diǎn)-39℃,沸點(diǎn)356℃)是制造電池、電極的重要原料,歷史上曾用“灼燒辰砂法”制取汞.目前工業(yè)上制粗汞的一種流程圖如圖.下列分析錯(cuò)誤的是(  )
A.洗滌粗汞可用5%的鹽酸代替5%的硝酸
B.辰砂與氧化鈣加熱反應(yīng)時(shí),CaSO4為氧化產(chǎn)物
C.“灼燒辰砂法”過(guò)程中電子轉(zhuǎn)移的方向和數(shù)目可表示為:
D.減壓蒸餾的目的是降低汞的沸點(diǎn),提高分離效率

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:選擇題

13.在相同條件下,H2和CO的混合氣體VL,完全燃燒時(shí)需O2的體積是(  )
A.2VLB.VLC.0.5VLD.無(wú)法計(jì)算

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:計(jì)算題

20.把一定質(zhì)量的鐵溶于過(guò)量200mL5mol/L鹽酸中,反應(yīng)后鹽酸濃度變?yōu)?.5mol/L(溶液體積變化忽略不計(jì)).求:
(1)反應(yīng)中消耗HCl的物質(zhì)的量.
(2)反應(yīng)中消耗鐵的質(zhì)量.

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:計(jì)算題

17.實(shí)驗(yàn)室中需要標(biāo)準(zhǔn)狀況下5.6L的CO2,現(xiàn)有含CaCO3 90%的石灰石與250mL足量的稀鹽酸反應(yīng),該石灰石中的雜質(zhì)不與鹽酸反應(yīng),問(wèn):
(1)需要的CO2的質(zhì)量是多少克?
(2)至少需要含CaCO390%的石灰石多少克?
(3)生成CaCl2的物質(zhì)的量是多少?

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:解答題

18.某化合物A的分子式為C10H10O4,A不能與FeCl3溶液發(fā)生顯色反應(yīng),在稀酸中加熱能生成B、C、D三種化合物,化合物B能與FeCl3溶液發(fā)生顯色反應(yīng),化合物C含碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40.0%,化合物D含氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50.0%.
(1)寫出化合物C、D的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式CH3COOH、CH3OH
(2)寫出化合物B的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式、、
(3)寫出化合物A的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式、

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