7.二甲醚(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)$\frac{n({H}_{2})}{n(CO)}$=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;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=$\frac{c(C{H}_{3}OC{H}_{3})c({H}_{2}O)}{{c}^{4}({H}_{2}){c}^{2}(CO)}$=$\frac{0.75×0.75}{1×0.5×0.5}$=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),注意知識(shí)的熟練運(yùn)用和基礎(chǔ)知識(shí)的理解,掌握基礎(chǔ)是解題關(guān)鍵.

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

4.下列各項(xiàng)表述得不夠科學(xué)嚴(yán)密的是( 。
A.有電子轉(zhuǎn)移(得失或偏移)的化學(xué)反應(yīng)都是氧化還原反應(yīng)
B.p電子原子軌道的平均半徑隨電子層的增大而增大
C.電子是在原子核外,能量由低到高的不同電子層上分層排布的
D.氫原子電子云圖中小黑點(diǎn)表示電子的運(yùn)動(dòng)軌跡

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源:2017屆安徽省黃山市高三上月考二化學(xué)卷(解析版) 題型:選擇題

常溫下,有下列四種溶液:

0.1 mol/L

NaOH溶液

pH = 11

NaOH溶液

0.1 mol/L CH3COOH溶液

pH = 3

CH3COOH溶液

下列說(shuō)法正確的是( )

A.由水電離出H+的濃度c(H+):①>③

B.將④加蒸餾水稀釋至原來(lái)的100倍時(shí),所得溶液的pH=5

C.①與③混合,若溶液pH=7,則體積:V(NaOH)>V(CH3COOH)

D.將②與④等體積混合,若溶液pH<7,各離子濃度的關(guān)系為:

c(CH3COO-)+c(OH-)=c(Na+)+c(H+)

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源:2017屆重慶一中高三上學(xué)期第二次月考化學(xué)試卷(解析版) 題型:選擇題

將0.4 g NaOH和1.06 g Na2CO3 混合并配成溶液,向溶液中滴加0.1 mol·L-1稀鹽酸。下列圖像能正確表示加入鹽酸的體積和生成CO2的物質(zhì)的量的關(guān)系的是

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:解答題

2.我國(guó)產(chǎn)銅主要取自黃銅礦(CuFeS2),隨著礦石品味的降低和環(huán)保要求的提高,濕法煉銅的優(yōu)勢(shì)日益突出.該工藝的核心是黃銅礦的浸出,目前主要有氧化浸出、配位浸出和生物浸出三種方法.
Ⅰ.氧化浸出
(1)在硫酸介質(zhì)中用雙氧水將黃銅礦氧化,測(cè)得有SO42-生成.
①該反應(yīng)的離子方程式為2CuFeS2+17H2O2+2H+=2Cu2++2Fe3++4SO42-+18H2O.
②該反應(yīng)在25-50℃下進(jìn)行,實(shí)際生產(chǎn)中雙氧水的消耗量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于理論值,試分析其原因?yàn)镠2O2受熱分解,產(chǎn)物Cu2+、Fe3+催化H2O2分解等..
Ⅱ、配位浸出
反應(yīng)原理為:CuFeS2+NH3•H2O+O2+OH-→Cu(NH342++SO42-+H2O(未配平)
(2)為提高黃銅礦的浸出率,可采取的措施有提高氨水的濃度、提高氧壓(至少寫出兩點(diǎn)).
(3)為穩(wěn)定浸出液的pH,生產(chǎn)中需要向氨水中添加NH4C1,構(gòu)成NH3.H2O-NH4Cl緩沖溶液.某小組在實(shí)驗(yàn)室對(duì)該緩沖體系進(jìn)行了研究:25℃時(shí),向amol.L-l的氨水中緩慢加入等體積0.02mol.L-l的NH4Cl溶液,平衡時(shí)溶液呈中性.則NH3•H2O的電離常數(shù)Kb=$\frac{2×1{0}^{-9}}{a}$(用含a的代數(shù)式表示);滴加NH4Cl溶液的過(guò)程中水的電離
平衡正向(填“正向”、“逆向”或“不”)移動(dòng).
Ⅲ,生物浸出
在反應(yīng)釜中加入黃銅礦、硫酸鐵、硫酸和微生物,并鼓入空氣,黃銅礦逐漸溶解,反應(yīng)釜中各物質(zhì)的轉(zhuǎn)化關(guān)系如圖所示.
(4)在微生物的作用下,可以循環(huán)使用的物質(zhì)有Fe2(SO43、H2SO4(填化學(xué)式),微生物參與的離子反應(yīng)方程式為4Fe2++O2+4H+$\frac{\underline{\;微生物\;}}{\;}$4Fe3++2H2O或S8+12O2+8H2O$\frac{\underline{\;微生物\;}}{\;}$8SO42-+16H+(任寫一個(gè)).
(5)假如黃銅礦中的鐵元素最終全部轉(zhuǎn)化為Fe3+,當(dāng)有2mol SO42-生成時(shí),理論上消耗O2的物質(zhì)的量為4.25mol.

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

12.硫酸工業(yè)中SO2轉(zhuǎn)化為SO3是重要的反應(yīng)之一,在一定壓強(qiáng)和催化劑作用下在2L密閉容器中充入0.8molSO2和2molO2發(fā)生反應(yīng):2SO2(g)+O2(g)$?_{加熱}^{催化劑}$2SO3(g),SO2的轉(zhuǎn)化率隨溫度的變化如表所示:
溫度℃450500550600
SO2的轉(zhuǎn)化率%97.595.890.5080.0
(1)由表中數(shù)據(jù)判斷△H<0(填“>”、“=”或“<”)
(2)能判斷該反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)的是ACF
A.容器的壓強(qiáng)不變                    B.混合氣體的密度不變
C.混合氣體中SO3的濃度不變           D.C(SO2)=C(SO3
E.V正(SO2)=V正(SO3)             F.V正(SO3)=2V逆(O2
(3)某溫度下經(jīng)2min反應(yīng)達(dá)到平衡后C(SO2)=0.08mol•L-1
①0~2min之間,O2的反應(yīng)速率為0.08mol•L-1•min-1
②此時(shí)的溫度為600℃.
③此溫度下的平衡常數(shù)為$\frac{400}{21}$(可用分?jǐn)?shù)表示).
(4)若將平衡反應(yīng)混合物的壓強(qiáng)增大(假如體積可變),平衡將正向移動(dòng).

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:解答題

19.研究氮氧化物與懸浮在大氣中海鹽粒子的相互作用時(shí),同溫度下涉及如下反應(yīng):
a、2NO(g)+Cl2(g)?2ClNO(g)△H1<0       其平衡常數(shù)為K1
b、2NO2(g)+NaCl(s)?NaNO3(s)+ClNO(g)△H2<0 其平衡常數(shù)為K2
(1)4NO2(g)+2NaCl(s)?2NaNO3(s)+2NO(g)+Cl2(g)△H3的平衡常數(shù)K=$\frac{{{K}^{2}}_{2}}{{K}_{1}}$(用K1、K2表示).△H3=2H2-△H1(用△H1、△H2表示).
(2)為研究不同條件對(duì)反應(yīng)a的影響,在恒溫條件下,向2L恒容密閉容器中加入0.2mol NO和0.1mol Cl2,10min時(shí)反應(yīng)a達(dá)到平衡.測(cè)得10min內(nèi)V(ClNO)=7.5×10-3mol•L-1•min-1,則平衡后n(Cl2)=0.025mol,NO的轉(zhuǎn)化率α1=75%.其它條件保持不變,反應(yīng)(1)在恒壓條件下進(jìn)行,平衡時(shí)NO的轉(zhuǎn)化率為α2,α1<α2(填“>”“<”或“=”),平衡常數(shù)K1不變(填“增大”“減小”或“不變”).若要使K1減小,可采用的措施是升高溫度.

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:選擇題

16.下列行為符合安全要求的是( 。
A.進(jìn)入地下礦井中可用火把照明
B.實(shí)驗(yàn)時(shí)將水倒入濃硫酸中配置稀硫酸
C.節(jié)日期間,在開闊的廣場(chǎng)燃放煙花爆竹
D.在實(shí)驗(yàn)室可以用手接觸藥品,用嘴吹滅酒精燈

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:填空題

17.按要求書寫下列反應(yīng)的離子方程式:
(1)往澄清石灰水中通入少量二氧化碳:CO2+Ca2++2OH-=CaCO3↓+H2O.
(2)向CuSO4溶液中加入鐵粉:Fe+Cu2+=Fe2++Cu.
(3)將過(guò)量的二氧化碳?xì)怏w通入燒堿溶液中,然后將反應(yīng)后的溶液分成二等份,分別加入與所得溶液溶質(zhì)等物質(zhì)的量的硝酸、氫氧化鈣溶液.請(qǐng)分別寫出發(fā)生反應(yīng)的離子方程式:①HCO3-+H+=CO2↑+2H2O.②HCO3-+Ca2++OH--=CaCO3↓+H2O.
(4)根據(jù)離子方程式,寫出一個(gè)符合條件的化學(xué)方程式CaO+2H+=Ca2++H2OCaO+2HCl=CaCl2+H2O.

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同步練習(xí)冊(cè)答案