Question

【題目】為應(yīng)對石油短缺，一碳化學(xué)研究備受關(guān)注。一碳化學(xué)是指以分子中只含一個碳原子的化合物如甲醇、一氧化碳等為原料，制造產(chǎn)品的化學(xué)體系的總稱。

(1)CH3OH(g)和NH3(g)在一定條件下反應(yīng)可制得甲胺CH3NH2(g)。

①已知該反應(yīng)中相關(guān)的化學(xué)鍵鍵能數(shù)據(jù)如下：

共價鍵	C—O	N—H	C—N	C—H
E／(kJ／mol)	a	b	c	d

則H—O鍵的鍵能為_________________kJ／mol(用含有字母的代數(shù)式表示)

②在某恒容密閉容器中進行該反應(yīng)，其他條件不變的情況下，分別測得起始時CH3OH(g)的物質(zhì)的量和溫度對平衡時CH3NH2(g)的體積分?jǐn)?shù)的影響，如圖所示：(圖中T1、T2表示溫度)

則T1_________T2(填“＞”、“＜”或“=”)；____________(填“a”、“b”或“c”)點對應(yīng)的平衡狀態(tài)中反應(yīng)物NH3(g)的轉(zhuǎn)化率最大。b、d兩點的平衡常數(shù)大小關(guān)系為Kb________Kd(填“＞”、“＜”或“=”)。

(2)甲醇在工業(yè)上可利用水煤氣來合成：。將1mol CO和2mol H2通入密閉容器中進行反應(yīng)，在一定溫度和壓強下達到平衡時甲醇的體積分?jǐn)?shù) (CH3OH)變化趨勢如圖所示：

圖中Y軸表示的外界條件為________________，判斷的理由是______________________。

已知v(正)=k(正)·p(CO)·p(H2)2，v(逆)=k(逆)·p(CH3OH)，其中k(正)、k(逆)分別為正、逆反應(yīng)速率常數(shù)，p為各組分的分壓。在M點所處的溫度(T3℃)和壓強(p0kPa)下，反應(yīng)在20分鐘達到平衡時 (CH3OH)=10％，該溫度下反應(yīng)的平常數(shù)KP=____________kPa－2(用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。若在15分鐘時，此時______________(計算結(jié)果保留兩位小數(shù))

Answer 1

【答案】12+a+b－c ＞ c ＞ 溫度 反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，可使平衡向逆反應(yīng)方向移動，使(CH3OH)減小 3.03

【解析】

反應(yīng)放出的熱量=成鍵釋放的能量-斷鍵吸收的能量；根據(jù)圖象可知，隨起始時CH3OH(g)的物質(zhì)的量的增加，平衡時CH3NH2(g)的體積分?jǐn)?shù)先增加后減小，平衡常數(shù)僅與溫度有關(guān)；反應(yīng)為放熱反應(yīng)、氣體分子數(shù)減小的反應(yīng)。

(1) ①根據(jù)反應(yīng)斷裂了碳氧鍵、氮氫鍵，形成了碳氮鍵和氧氫鍵，設(shè)H—O鍵的鍵能為x，斷鍵吸收的能量為(a+b) kJ／mol，成鍵釋放的能量為（c+x）kJ／mol，則，解得x=12+a+b－c。

②當(dāng)起始時CH3OH(g)的物質(zhì)的量相同時，T1溫度下平衡時CH3NH2(g)的體積分?jǐn)?shù)小于T2溫度下平衡時CH3NH2(g)的體積分?jǐn)?shù)，因該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡逆向移動，故T1＞T2；起始時CH3OH(g)的物質(zhì)的量越大，平衡正移，NH3(g)的轉(zhuǎn)化率越大，則c點NH3(g)的轉(zhuǎn)化率最大；平衡常數(shù)僅與溫度有關(guān)，因反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度越大，平衡常數(shù)越小，故b的平衡常數(shù)大于d點的。

(2)該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度升高，平衡逆移，平衡時甲醇的體積分?jǐn)?shù)減小，故Y軸表示的外界條件為溫度；相同條件下，氣體的體積分?jǐn)?shù)等于氣體的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)，設(shè)平衡時甲醇的物質(zhì)的量為x，則反應(yīng)生成甲醇為xmol，消耗CO x mol，消耗H22xmol，平衡時CO為（1-x）mol，H2為（2-2x）mol， ，解得x=0.25mol，CO平衡分壓=，H2平衡分壓=，甲醇平衡分壓=，則KP=kPa－2；因為v(正)=k(正)·p(CO)·p(H2)2，v(逆)=k(逆)·p(CH3OH)，當(dāng)v(正)= v(逆)時，，則在15分鐘時，

。