5.甲醇作為基本的有機(jī)化工產(chǎn)品和環(huán)保動(dòng)力燃料具有廣闊的應(yīng)用前景,CO2 加氫合成甲醇是合理利用CO2的有效途徑.由CO2制備甲醇過(guò)程可能涉及反應(yīng)如下:
反應(yīng)Ⅰ:CO2(g)+H2(g)?CO (g)+H2O(g)△H1=+41.19kJ•mol-1
反應(yīng)Ⅱ:CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)△H2
反應(yīng)Ⅲ:CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)△H3=-49.58kJ•mol-1
回答下列問題:
(1)反應(yīng)Ⅲ的△S<(填“<”、“=”或“>”)0;反應(yīng)Ⅱ的△H2=-90.77 kJ•mol-1
(2)在恒壓密閉容器中,充入一定量的H2和CO2(假定僅發(fā)生反應(yīng)Ⅲ),實(shí)驗(yàn)測(cè)得反應(yīng)物在不同溫度下,反應(yīng)體系中CO2的平衡轉(zhuǎn)化率與壓強(qiáng)的關(guān)系曲線如圖1所示.

①反應(yīng)過(guò)程中,不能判斷反應(yīng)Ⅲ已達(dá)到平衡狀態(tài)的標(biāo)志是AD
A.?dāng)嗔?molH-H鍵,同時(shí)斷裂2molH-O鍵      B.CH3OH的濃度不再改變
C.容器中氣體的平均摩爾質(zhì)量不變            D.容器中氣體的壓強(qiáng)不變
②比較T1與T2的大小關(guān)系:T1<T2(填“<”、“=”或“>”),理由是:反應(yīng)Ⅲ為放熱反應(yīng),溫度降低,反應(yīng)正向移動(dòng),所以T1<T2
③在T1和P6的條件下,往密閉容器中充入3mol H2和1mol CO2,該反應(yīng)在第5min時(shí)達(dá)到平衡,此時(shí)容器的體積為1.8L;則該反應(yīng)在此溫度下的平衡常數(shù)為0.148.
a.若此條件下反應(yīng)至3min時(shí)刻,改變條件并于A點(diǎn)處達(dá)到平衡,CH3OH的濃度隨反應(yīng)時(shí)間的變化趨勢(shì)如圖2所示(3~4min的濃度變化未表示出來(lái));則改變的條件為降低壓強(qiáng).
b.若溫度不變,壓強(qiáng)恒定在P8的條件下重新達(dá)到平衡時(shí),容器的體積變?yōu)?.533L.

分析 (1)反應(yīng)中產(chǎn)物氣體數(shù)和小于反應(yīng)物氣體系數(shù)和,據(jù)此判斷反應(yīng)熵變符號(hào);根據(jù)蓋斯定律確定所求反應(yīng)和已知反應(yīng)之間的關(guān)系,計(jì)算反應(yīng)的焓變即可;
(2)①反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài),各組分的濃度不隨著時(shí)間的變化而變化,正逆反應(yīng)速率相等,根據(jù)化學(xué)平衡狀態(tài)的特征結(jié)合變量不變的狀態(tài)是平衡狀態(tài)來(lái)回答;
②反應(yīng)是放熱的,所以溫度升高,平衡逆向進(jìn)行,反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率降低,據(jù)此回答;
③根據(jù)三行式結(jié)合化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式來(lái)進(jìn)行計(jì)算即可;
a.據(jù)圖示分析,改變外界條件新的平衡又會(huì)重新建立;
b.根據(jù)三行式結(jié)合化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式來(lái)進(jìn)行計(jì)算即可.

解答 解:(1)反應(yīng)中產(chǎn)物氣體數(shù)和小于反應(yīng)物氣體系數(shù)和,反應(yīng)熵變小于零,反應(yīng)①:CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g)△H1=+41.19kJ•mol-1,反應(yīng)②CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g)△H3=-49.58kJ•mol-1,反應(yīng)CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g)可以看成是②-①得到,所以反應(yīng)焓變=-49.58kJ•mol-1-41.19kJ•mol-1=-90.77 kJ•mol-1,故答案為:<;-90.77 kJ•mol-1;
(2)①A.?dāng)嗔?molH-H鍵,同時(shí)有2molH-O鍵形成,只能說(shuō)明反應(yīng)正向進(jìn)行,不能說(shuō)明正逆反應(yīng)速率相等,此時(shí)的狀態(tài)不一定平衡,故A正確;
B.CH3OH的濃度不再改變的狀態(tài)是平衡狀態(tài)的特征,故B錯(cuò)誤;
C.容器中氣體的平均摩爾質(zhì)量等于質(zhì)量和物質(zhì)的量的比值,質(zhì)量守恒,但是物質(zhì)的量始終變化,所以當(dāng)氣體的平均摩爾質(zhì)量不變的狀態(tài)是平衡狀態(tài),故C錯(cuò)誤;
D.容器中的反應(yīng)是在恒壓下進(jìn)行的,當(dāng)容器中氣體的壓強(qiáng)不變時(shí),不一定是平衡狀態(tài),故D正確.
故選AD.
②反應(yīng)Ⅲ為放熱反應(yīng),溫度降低,反應(yīng)正向移動(dòng),二氧化碳的轉(zhuǎn)化率升高,所以T1<T2,故答案為:<;應(yīng)Ⅲ為放熱反應(yīng),溫度降低,反應(yīng)正向移動(dòng),所以T1<T2
③CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g)
初始量:1mol     3mol              0               0
變化量:0.4mol  1.2mol     0.4mol       0.4mol
平衡量:0.6mol  1.8mol     0.4mol       0.4mol
K=$\frac{\frac{0.4}{1.8}×\frac{0.4}{1.8}}{\frac{0.6}{1.8}×\frac{1.8}{1.8}}=0.148$
故答案為:0.148
a.結(jié)合圖示的,改變的外界條件是降低壓強(qiáng),向氣體體積增大的方向進(jìn)行,故答案是降低壓強(qiáng);
b.CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g)
初始量:1mol      3mol           0                  0
變化量:0.4mol  1.2mol      0.4mol          0.4mol
平衡量:0.6mol   1.8mol      0.4mol          0.4mol
K=$\frac{\frac{0.4}{1.8}×\frac{0.4}{1.8}}{\frac{0.6}{1.8}×(\frac{1.8}{1.8})^{3}}$=$\frac{4}{27}$=0.148
CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g)
初始量:1mol      3mol           0                  0
變化量:0.6mol   1.8mol     0.6mol         0.6mol
平衡量:0.4mol   1.2mol     0.6mol          0.6mol
K=$\frac{\frac{0.6}{v}×\frac{0.6}{v}}{\frac{0.4}{v}×(\frac{1.2}{v})^{3}}$=$\frac{4}{27}$解得V=0.533
故答案為:0.553

點(diǎn)評(píng) 本題涉及化學(xué)平衡的判斷、計(jì)算以及熱化學(xué)方程式的書寫知識(shí),注意蓋斯定律的應(yīng)用是關(guān)鍵,難度不大.

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:選擇題

14.用 NA表示阿伏加德羅常數(shù)的值.下列判斷正確的是( 。
A.44g CO2含有的原子數(shù)目為 NA
B.1L1 mol•L-1 的(NH42SO4 溶液中含有的 NH4+數(shù)目為2NA
C.足量的 MnO2與 100mL12 mol•L-1的濃鹽酸充分反應(yīng),轉(zhuǎn)移的電子數(shù)目為 0.6 NA
D.常溫常壓下,18mL 水含有的分子數(shù)目約為 NA

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:選擇題

15.氯化硼的熔點(diǎn)為-107℃,沸點(diǎn)為12.5℃,在其分子中鍵與鍵之間的夾角為120°,它能水解,有關(guān)敘述正確的是( 。
A.氯化硼分子間含有氫鍵
B.氯化硼中心原子采用sp雜化
C.氯化硼分子呈正三角形,屬非極性分子
D.其分子空間結(jié)構(gòu)類似CH4O

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:選擇題

12.處理燃燒產(chǎn)生的煙道氣CO和SO2,方法之一是在一定條件下將其催化轉(zhuǎn)化為CO2和S.
已知:
①2CO(g)+O2(g)═2CO2(g)△H=-566.0kJ/mol
②S(g)+O2(g)═SO2(g)△H=-296.0kJ/mol
下列說(shuō)法中正確的是( 。
A.轉(zhuǎn)化①有利于碳參與自然界的元素循環(huán)
B.轉(zhuǎn)化②中S和O2屬于不同的核素
C.可用澄清的石灰水鑒別CO2與SO2
D.轉(zhuǎn)化的熱化學(xué)方程式是:2CO(g)+SO2(g)═S(s)+2CO2 (g)△H=+270kJ/mol

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:選擇題

19.在如圖所示的量熱計(jì)中,將100mL0.50mol•L-1CH3COOH溶液與100mL0.55mol•L-1NaOH溶液混合,溫度從25.0℃升高到27.7℃.已知該量熱計(jì)的熱容常數(shù)(量熱計(jì)各部件每升高1℃所需的熱量)是150.5J•℃-1,生成溶液的比熱容為4.184J•g-1•℃-1,兩溶液的密度均近似為1g•mL-1.下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是( 。
A.CH3COOH溶液與NaOH溶液的反應(yīng)為吸熱反應(yīng)
B.所加NaOH溶液過(guò)量,目的是保證CH3COOH溶液完全被中和
C.若量熱計(jì)的保溫瓶絕熱效果不好,則所測(cè)△H偏大
D.CH3COOH的中和熱△H為-53.3KJ•mol-1

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:推斷題

10.A、B、D、E、F為短周期元素.非金屬元素A最外層電子數(shù)與其周期數(shù)相同,B的最外層電子數(shù)是其所在周期數(shù)的2倍.B在D中充分燃燒能生成其最高價(jià)化合物BD2.E+與D2-具有相同的電子數(shù).A在F中燃燒,產(chǎn)物溶于水得到一種強(qiáng)酸.回答下列問題:
(1)寫出工業(yè)制備單質(zhì)F的離子方程式2Cl-+2H2O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2OH-+H2↑+Cl2↑.
(2)B、D、E組成的一種鹽中,E的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為43%,其水溶液與F單質(zhì)反應(yīng)的化學(xué)方程式為2Na2CO3+Cl2+H2O═NaCl+NaClO+2NaHCO3
(3)由這些元素組成的物質(zhì),其組成和結(jié)構(gòu)信息如下表:
物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)信息
a含有A的二元離子化合物
b含有非極性共價(jià)鍵的二元離子化合物,且原子數(shù)之比為1:1
c化學(xué)組成為BDF2
d只存在一種類型作用力且可導(dǎo)電的單質(zhì)晶體
a的化學(xué)式為NaH;b的化學(xué)式為Na2O2;c的電子式為;d的晶體類型是金屬.

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:解答題

17.呼吸面具中Na2O2可吸收CO2放出O2,反應(yīng)方程式為2Na2O2+2CO2═2Na2CO3+O2.若用超氧化鉀(KO2)代替 Na2O2也可起到同樣的作用.
(1)寫出KO2與CO2的反應(yīng)方程式:4KO2+2CO2=2K2CO3+3O2
(2)1kg Na2O2和1kg KO2分別和CO2反應(yīng),生成的O2體積比(同溫同壓下)為71:117.
(3)等物質(zhì)的量的CO2分別與足量Na2O2、KO2反應(yīng)生成的O2體積比(同溫同壓下)為1:3.
(4)你認(rèn)為選用哪種物質(zhì)作補(bǔ)氧劑更為合適?理由是什么?

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:選擇題

14.已知最外層電子數(shù)相同的原子具有相似的化學(xué)性質(zhì).在下列四種原子中,與氧原子化學(xué)性質(zhì)相似的是( 。
A.B.C.D.

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

15.某研究性學(xué)習(xí)小組將下列裝置如圖連接,C、D、E、F、X、Y都是惰性電極.將電源接通后,向乙中滴入酚酞試液,在F極附近顯紅色.試回答下列問題:

(1)電源B極的名稱是負(fù)極.
(2)如果收集乙裝置中兩級(jí)產(chǎn)生的氣體,兩極氣體的物質(zhì)的量之比是1:1.
(3)甲裝置中電解反應(yīng)的總化學(xué)方程式:2CuSO4+2H2O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2Cu+O2↑+H2SO4
(4)欲用丙裝置給鐵鍍鋅,G應(yīng)該是鋅(填“鐵”或“鋅”),電鍍液的主要成分是ZnCl2(填化學(xué)式).
(5)裝置丁中的現(xiàn)象是Y極附近紅褐色變深.

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