(14分)甲醇是一種重要的化工原料,在生產(chǎn)中有著重要的應(yīng)用。工業(yè)上用天然氣為原料,分為兩階段制備甲醇:

(i)制備合成氣:CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g)

(ii)合成甲醇:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)

請回答下列問題:

(1)制備合成氣:將1.0mol CH4和2.0mol H2O(g)通入反應(yīng)室(容積為100L),在一定條件下發(fā)生反應(yīng)(i);CH4的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強的關(guān)系如圖所示。

①已知100℃時達到平衡的時間為5min,則從反應(yīng)開始到平衡,用氫氣表示的平均反應(yīng)速率為:v(H2) = 。

②圖中p1 p2(填“<”、”“>”或“=”)。

③為解決合成氣中H2過量而CO不足的問題,原料氣中需添加CO2,發(fā)生反應(yīng)如下:

CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g),為了使合成氣配比最佳,理論上原料氣中甲烷與二氧化碳體積比為 。

(2)合成甲醇:在Cu2O/ZnO作催化劑的條件下,向2L的密閉容器中通入1mol CO(g)和2mol H2(g),發(fā)生反應(yīng)(ii),反應(yīng)過程中,CH3OH的物質(zhì)的量(n)與時間(t)及溫度的關(guān)系如圖所示。

①反應(yīng)(ii)需在 (填“高溫”或“低溫”)才能自發(fā)進行。

②據(jù)研究,反應(yīng)過程中起催化作用的為Cu2O,反應(yīng)體系中含少量的CO2 有利于維持Cu2O的量不變,

原因是 (用化學(xué)方程式表示)。

③在500℃恒壓條件下,請在上圖中畫出反應(yīng)體系中n(CH3OH)隨時間t變化的總趨勢圖。

(3)工業(yè)上可通過甲醇羰基化法制取甲酸甲酯,其反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為:

CH3OH(g)+CO(g)HCOOCH3(g) ,科研人員對該反應(yīng)進行了研究,部分研究結(jié)果如下:

①從反應(yīng)壓強對甲醇轉(zhuǎn)化率的影響“效率”看,工業(yè)制取甲酸甲酯應(yīng)選擇的壓強是 。 (填“3.5×106Pa”、“4.0×106Pa”或“5.0×106Pa”)。

②實際工業(yè)生產(chǎn)中采用的溫度是80℃,其理由是 。

(14分)

(1)①0.003mol·L-1min-1 (2分) ② < (1分) ③ 3:1 (2分)

(2)① 低溫 (1分) ② Cu2O+CO2Cu+CO2 (2分)

(畫出達平衡時間小于2s給1分;畫出平衡時縱坐標高于恒容時給1分。共2分。)

(3)①4.0×106 (2分) ②低于80℃,反應(yīng)速率較。桓哂80℃時,溫度對反應(yīng)速率影響較小,又因反應(yīng)放熱,升高溫度時平衡逆向移動,轉(zhuǎn)化率降低(答出前者給1分;答出后者即給2分;)

【解析】

試題分析:(1)①100℃時達到平衡的時間為5min,甲烷的轉(zhuǎn)化率是0.5,則甲烷的濃度減少1.0mol×0.5/100L=5×10-3mol/L,則氫氣的濃度增加5×10-3mol/L×3=0.015mol/L,v(H2) =0.015mol/L/5min= 0.003mol·L-1min-1;

②溫度相同時,增大壓強,平衡逆向移動,則甲烷的轉(zhuǎn)化率減小,所以p1<p2;

③原料氣中甲烷與二氧化碳體積分別是x、y,則(i)中產(chǎn)生CO的體積是x,氫氣的體積是3x;二氧化碳與氫氣的反應(yīng)中消耗氫氣的體積是y,生成CO的體積是y,所以最終氫氣的體積是3x-y,CO的體積是x+y,二者恰好反應(yīng)的體積比CO:H2=1:2=(x+y):(3x-y),解得x:y=3:1;

(2)①反應(yīng)(ii)是熵減的反應(yīng),所以若反應(yīng)自發(fā)進行,則一定有<0,根據(jù)△G=△H-T△S<0反應(yīng)自發(fā),△S<0,則T應(yīng)較小,所以該反應(yīng)在低溫下可能自發(fā)進行;

②因為氧化亞銅與CO發(fā)生反應(yīng)生成Cu和二氧化碳氣體,所以體系內(nèi)含有二氧化碳,平衡逆向移動,則不利于氧化亞銅被CO還原,從而維持Cu2O的量不變,化學(xué)方程式是Cu2O+CO2Cu+CO2;

③原平衡是在恒容條件下,壓強減小,所以保存壓強不變時,則容器的體積減小,相當于在原平衡的基礎(chǔ)上,增大壓強,平衡正向移動,則甲醇的物質(zhì)的量增大,但仍是小于1mol,同時壓強增大,反應(yīng)速率加快,達到平衡的時間縮短,則對應(yīng)的圖像為;

(3)①根據(jù)圖可知,“3.5×106Pa”、“4.0×106Pa”或“5.0×106Pa”三種壓強下,3.5×106Pa時甲醇的轉(zhuǎn)化率是30%,4.0×106Pa是甲醇的轉(zhuǎn)化率是50%,而5.0×106Pa比4.0×106Pa增大了1.0×106Pa,但甲醇的轉(zhuǎn)化率還增大不到5%,對設(shè)備的要求更高,但轉(zhuǎn)化率增大的程度不大,所以最適宜的壓強是4.0×106Pa;

②根據(jù)圖27-3可知,溫度低于80℃,反應(yīng)速率較;高于80℃時,曲線較平緩,說明溫度對反應(yīng)速率影響較小,又因反應(yīng)放熱,升高溫度時平衡逆向移動,甲醇轉(zhuǎn)化率降低,所以實際工業(yè)生產(chǎn)中采用的溫度是80℃。

考點:考查對物質(zhì)制備過程的分析,設(shè)計化學(xué)平衡,對圖像的分析,反應(yīng)條件的判斷

練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

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下列說法正確的是

A.明礬水解形成的Al(0H)3膠體能殺菌消毒,可用于水的凈化

B.鍍錫的鐵制品比鍍鋅的鐵制品耐用

C.乙醇和乙酸都能溶于水,都是電解質(zhì)

D.分別與等物質(zhì)的量的HC1和CH3COOH恰好中和時,消耗NaOH的物質(zhì)的量相同

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常溫下,0.2 mol/L的一元酸HA與等濃度的NaOH溶液等體積混合后,所得溶液中部分微粒組分及濃度如圖所示,下列說法正確的是

A.HA為強酸

B.圖中X表示HA,Y表示OH-,Z表示H+

C.該混合液pH=7

D.該混合溶液中:c(A-)+c(HA)=c (Na+)

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下列有關(guān)化學(xué)鍵與晶體說法中,不正確的是

A.離子晶體的晶格能越大,離子晶體的密度就越大

B.共價鍵的鍵能越大,分子晶體的熔、沸點越高

C.成鍵原子的原子軌道重疊越多,共價鍵越牢固

D.共用電子對不發(fā)生偏移的化學(xué)鍵是非極性共價鍵

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下列各組物質(zhì)的晶體中,化學(xué)鍵類型相同,晶體類型也相同的是

A.SiO2和SO2 B.NaCl和HCl

C.CO2和H2O D.CH4和KCl

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用NaOH溶液吸收煙氣中的SO2,將所得的Na2SO3溶液進行電解,可循環(huán)再生NaOH同時得到某種副產(chǎn)物,其原理如圖所示(電極材料為石墨)。下列說法不正確的是

A.b電極上的主反應(yīng)是 SO32--2e-+H2O===SO42-+2H+

B.若D是混合氣體,則可能含有SO2、O2等成分

C.a(chǎn) 電極發(fā)生還原反應(yīng),當有1mol Na+通過陽離子交換膜時,a極生成11.2L氣體

D.A溶液是稀NaOH溶液,作用是增強溶液的導(dǎo)電性;C是較濃的硫酸溶液

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科目:高中化學(xué) 來源:2014-2015學(xué)年浙江省溫州市高三一模理綜化學(xué)試卷(解析版) 題型:推斷題

(18分)Ⅰ.A、B、C、D、E、F是短周期元素組成的中學(xué)常見的物質(zhì),它們的轉(zhuǎn)化關(guān)系如圖所示(部分反應(yīng)條件略去):

(1)若所有轉(zhuǎn)化都是非氧化還原反應(yīng),B、D、E含有同種金屬元素,F(xiàn)為強堿(部分產(chǎn)物略去)

則B+D→E的離子方程式為 ,C為同周期元素構(gòu)成的1∶1型化合物,則C的電子式為 。

(2)若A、D、F為單質(zhì),B、C、E為化合物,B為兩種非金屬元素所組成的化合物,則E的化學(xué)式為 ,A+B→C+D的化學(xué)方程式為 。

Ⅱ.甲、乙都是二元固體化合物,將32g甲的粉末加入足量濃硝酸并加熱,完全溶解得藍色溶液,向該溶液中加入足量Ba(NO3)2溶液,過濾、洗滌、干燥得沉淀46.6g;濾液中再滴加NaOH溶液,又出現(xiàn)藍色沉淀。

含乙的礦石自然界中儲量較多,稱取一定量乙,加入稀鹽酸使其全部溶解,溶液分為A、B兩等份,向A中加入足量氫氧化鈉溶液,過濾、洗滌、灼燒得紅棕色固體28g,經(jīng)分析乙與紅棕色固體的組成元素相同,向B中加入8.0g銅粉充分反應(yīng)后過濾、洗滌、干燥得剩余固體1.6g.

(1)寫出構(gòu)成甲的陰離子的結(jié)構(gòu)示意圖 ;32g甲在足量濃硝酸中反應(yīng)轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為 ;甲在足量氧氣中充分灼燒的化學(xué)方程式為 。

(2)乙的化學(xué)式 ;稀硫酸溶解乙的化學(xué)方程式為 。

(3)將甲在足量氧氣中充分灼燒的氣體產(chǎn)物通入一定量A溶液中,該反應(yīng)的離子方程式為 ,設(shè)計實驗證明此步反應(yīng)后的溶液中金屬元素的化合價 。

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科目:高中化學(xué) 來源:2014-2015學(xué)年湖北省大冶市高三上學(xué)期期末聯(lián)考理綜化學(xué)試卷(解析版) 題型:選擇題

NA表示阿伏加德羅常數(shù)的值,常溫下,抽去下圖所示裝置中的玻璃片,使兩種氣體充分反應(yīng)。下列說法正確的是

A.反應(yīng)前氣體的總體積為1.344L

B.裝置中產(chǎn)生大量的白色煙霧

C.反應(yīng)前后分子總數(shù)不變,均為0.06 NA個

D.生成物充分溶于水后所得溶液含有0.01 NA個NH4+

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化學(xué)家及其突出貢獻為: ①波義耳(化學(xué)元素概念);②道爾頓(原子學(xué)說);③門捷列夫(元素周期律);④玻爾(玻爾原子模型)。這些突出貢獻提出的年代順序是

A.①②③④ B.②④①③ C.③①④② D.③④①②

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