Question

【題目】乙醇是一種重要的化工原料和燃料，常見合成乙醇的途徑如下：

(1)乙烯氣相直接水合法：C2H4(g)+H2O(g)=C2H5OH(g) ΔH1=akJ·mol-1

已知：C2H4(g)+3O2(g)=2CO2(g)+2H2O(g) ΔH2=-1323.0kJ·mol-1

C2H5OH(g)+3O2(g)=2CO2(g)+3H2O(g) ΔH3=-1278.5kJ·mol-1，則a=__。

(2)工業(yè)上常采用CO2和H2為原料合成乙醇，某實(shí)驗(yàn)小組將CO2(g)和H2(g)按1：3的比例置于一恒容密閉容器中發(fā)生反應(yīng)：2CO2(g)+6H2(g)C2H5OH(g)+3H2O(g) ΔH=bkJ·mol-1。在相同的時(shí)間內(nèi)，容器中CO2的濃度隨溫度T的變化如圖1所示，上述反應(yīng)的pK(pK=-lgK，K表示反應(yīng)平衡常數(shù))隨溫度T的變化如圖2所示。

①由圖1可知，b=__(填“”“”或“<”)0。

②在T1～T2及T4～T5兩個(gè)溫度區(qū)間內(nèi)，容器中CO2(g)的濃度呈現(xiàn)如圖1所示的變化趨勢，其原因是___。

③圖1中點(diǎn)1、2、3對應(yīng)的逆反應(yīng)速率v1、v2、v3中最大的是___(填“v1”“v2”或“v3”)；要進(jìn)一步提高H2(g)的轉(zhuǎn)化率，可采取的措施有___(任答一條)。

④圖2中當(dāng)溫度為T1時(shí)，pK的值對應(yīng)A點(diǎn)，則B、C、D、E四點(diǎn)中表示錯(cuò)誤的是__。

⑤乙烯氣相直接水合法過程中會發(fā)生乙醇的異構(gòu)化反應(yīng)：C2H5OH(g)CH3OCH3(g) ΔH=+50.7kJ·mol-1，該反應(yīng)的速率方程可表示為v正=k正c(C2H5OH)和v逆=k逆c(CH3OCH3)，k正和k逆只與溫度有關(guān)。該反應(yīng)的活化能Ea(正)__(填“”“”或“<”) Ea(逆)，已知：T℃時(shí)，k正=0.006s-1，k逆=0.002s-1，該溫度下向某恒容密閉容器中充入1.5mol乙醇和4mol甲醚，此時(shí)反應(yīng)__(填“正向”或“逆向”)進(jìn)行。

Answer 1

【答案】-44.5 < T1~T2區(qū)間，化學(xué)反應(yīng)未達(dá)到平衡，反應(yīng)正向進(jìn)行，溫度越高，反應(yīng)速率越快，所以CO2的濃度隨溫度的升高而減小；T3以后曲線上對應(yīng)的點(diǎn)均達(dá)到平衡，該反應(yīng)的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度升高，平衡逆向移動，CO2的濃度隨溫度的升高而增大 v3 提高CO2的濃度或適當(dāng)降溫或及時(shí)移出生成物 BE > 正向

【解析】

(1) 已知：I：C2H4(g)+3O2(g)=2CO2(g)+2H2O(g) ΔH2=-1323.0kJ·mol-1

II：C2H5OH(g)+3O2(g)=2CO2(g)+3H2O(g) ΔH3=-1278.5kJ·mol-1；

根據(jù)蓋斯定律I-II可得C2H4(g)+H2O(g)=C2H5OH(g) ΔH1=ΔH2-ΔH3=(-1323.0kJ·mol-1)-(-1278.5kJ·mol-1)=-44.5 kJ·mol-1；

(2)①據(jù)圖可知當(dāng)溫度低于T3時(shí)隨溫度上升，CO2的濃度下降，而溫度高于T3時(shí)隨溫度上升，CO2的濃度上降，說明相同時(shí)間內(nèi)溫度低于T3時(shí)反應(yīng)沒有達(dá)到平衡，而溫度高于T3時(shí)，該時(shí)段內(nèi)反應(yīng)達(dá)到平衡，且溫度上升平衡左移CO2的濃度上降，所以正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，所以b<0；

②T1~T2區(qū)間，化學(xué)反應(yīng)未達(dá)到平衡，反應(yīng)正向進(jìn)行，溫度越高，反應(yīng)速率越快，所以CO2的濃度隨溫度的升高而減��；T3以后曲線上對應(yīng)的點(diǎn)均達(dá)到平衡，該反應(yīng)的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度升高，平衡逆向移動，CO2的濃度隨溫度的升高而增大；

③溫度越高反應(yīng)速率越快，所以逆反應(yīng)速率最大的是v3；提高CO2的濃度或及時(shí)移出生成物，平衡都可以正向移動增大氫氣的轉(zhuǎn)化率，該反應(yīng)正反為放熱反應(yīng)，適當(dāng)降低溫度也可以提高提高氫氣的轉(zhuǎn)化率；

④該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，所以溫度越高平衡常數(shù)越小，則pK越大，所以BE二點(diǎn)表示錯(cuò)誤；

⑤該反應(yīng)焓變大于0，焓變=正反應(yīng)活化能-逆反應(yīng)活化能>0，所以Ea(正)> Ea(逆)；反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)正逆反應(yīng)速率相等，即v正=k正c(C2H5OH)=v逆=k逆c(CH3OCH3)，所以有，T℃時(shí)，k正=0.006s-1，k逆=0.002s-1，所以該溫度下平衡常數(shù)K==3，該反應(yīng)前后氣體系數(shù)之和相等，所以可以用物質(zhì)的量代替濃度計(jì)算濃度商和平衡常數(shù)， 所以該溫度下向某恒容密閉容器中充入1.5mol乙醇和4mol甲醚時(shí)，濃度商Q=<3，所以此時(shí)反應(yīng)正向移動。