CO和CO2都可以合成甲醇：CO+2H2→CH3OH；CO2+3H2→CH3OH+H2O，CO、CO2和H2可通過(guò)下列反應(yīng)制備：①CH4+H2O（g）→CO+3H2；②CO+H2O（g）→CO2+H2；反應(yīng)①的產(chǎn)物合成甲醇時(shí)H2過(guò)量，反應(yīng)②的產(chǎn)物合成甲醇時(shí)H2不足．為了充分利用原料，可將兩個(gè)反應(yīng)的產(chǎn)物混合使用．
（1）以CH4、CO、H2O混合氣體為原料氣，在一定條件下充分反應(yīng)，所得氣體以合成甲醇，為使原子的利用率達(dá)到最高，則CH4、CO、H2O的最佳配比為_(kāi)_____．
（2）若以100L CH4和H2O的混合氣體為原料，制備CO、CO2和H2混合氣體，當(dāng)CH4和H2O均完全反應(yīng)后，在相同條件下反應(yīng)后氣體的體積為_(kāi)_____L（寫(xiě)范圍）．
（3）若反應(yīng)①的氣體產(chǎn)物共為V1L，則合成甲醇時(shí)H2過(guò)量0.25V1L；反應(yīng)②的氣體產(chǎn)物共為V2L，則合成甲醇時(shí)H2不足（H2少V2L）．為了充分利用原料，可將兩個(gè)反應(yīng)的產(chǎn)物混合使用，則V1與V2最佳比例為_(kāi)_____．
（4）在100L CH4和H2O的混合氣體中，CH4所占的體積分?jǐn)?shù)為x，反應(yīng)后氣體的體積為y（L），求：x的取值范圍和氣體產(chǎn)物的體積y（用含x的函數(shù)表達(dá)式）

解：（1）使原子利用率都達(dá)到100%，根據(jù)原子守恒，由甲醇的分子式可知，則混合氣體中n（C）：n（H）：n（O）=1：4：1，令CH4、CO、H2O的物質(zhì)的量分別為xmol、ymol、zmol，則（x+y）：（4x+2z）：（y+z）=1：4：1，整理得x：y：z=2：1：2，故答案為：2：1：2；
（2）假定只發(fā)生反應(yīng)CH4+H2O （g）→CO+3H2，生成的混合氣體的體積最大，最大體積為100L×=200L，假定只發(fā)生CH4+2H2O（g）→CO2+4H2，生成的混合氣體的體積最小，最小體積為100L×=166.7L，故反應(yīng)后氣體的體積為：166.7L＜v＜200L，
故答案為：166.7L≤v≤200L；
（3）反應(yīng)②的氣體產(chǎn)物共為V2L，則反應(yīng)②生成的氣體中CO2體積為0.5V2L，H2的體積為0.5V2L，反應(yīng)③合成甲醇剩余的氫氣，與反應(yīng)②生成的混合氣體恰好發(fā)生反應(yīng)④，故0.5V2L：（0.5V2L+0.25V1L）=1：3，整理得V1：V2=4：1，故答案為：4：1；
（4）反應(yīng)可能由3種情況：
①如H2O少量，則只發(fā)生：CH4+H2O （g）→CO+3H2，x的取值范圍＜x＜1，由差量法可知反應(yīng)后的體積為100+100（1-x）×2=300-200x，
即：v=300-200x；
②如H2O過(guò)量，則只發(fā)生：CH4+2H2O（g）→CO2+4H2，x的取值范圍0＜x＜，反應(yīng)后氣體為CO2、H2和H2O，由差量法可知反應(yīng)后的體積為100+200x，
即：V=100+200x，
③如H2O與CH4均完全反應(yīng)，x的取值范圍≤x≤，由差量法可知V=100+200x，
答：x的取值范圍和氣體產(chǎn)物的體積y分別為①＜x＜1，v=300-200x；②0＜x＜，V=100+200x；③≤x≤，V=100+200x．
分析：（1）使原子利用率都達(dá)到100%，根據(jù)原子守恒，由甲醇的分子式可知，則混合氣體中n（C）：n（H）：n（O）=1：4：1，據(jù)此計(jì)算；
（2）假定只發(fā)生反應(yīng)CH4+H2O （g）→CO+3H2，生成的混合氣體的體積最大，假定只發(fā)生CH4+2H2O（g）→CO2+4H2，生成的混合氣體的體積最小，據(jù)此計(jì)算；
（3）根據(jù)反應(yīng)②計(jì)算V2L氣體中CO2、H2的體積，反應(yīng)③合成甲醇剩余的氫氣，與反應(yīng)②生成的混合氣體恰好發(fā)生反應(yīng)④，據(jù)此計(jì)算；
（4）根據(jù)反應(yīng)CH4+H2O （g）→CO+3H2和CH4+2H2O（g）→CO2+4H2進(jìn)行計(jì)算．
點(diǎn)評(píng)：本題考查混合物的計(jì)算，題目難道較大，注意差量法的運(yùn)用，為解答該題的關(guān)鍵，注意把握相關(guān)反應(yīng)的可能性．
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相關(guān)習(xí)題

科目：高中化學(xué) 來(lái)源：2012-2013學(xué)年湖北荊門高二上學(xué)期期末教學(xué)質(zhì)量檢測(cè)化學(xué)試卷（帶解析） 題型：填空題

工業(yè)上通常在恒容密閉容器中采用CO(g)和H2 (g)反應(yīng)催化合成甲醇CH3OH(g)：
（1）已知：① 2CO(g) + O2 (g) = 2CO2 (g) ΔH =" -566.0" kJ·mol-1
② 2H2(g) + O2 (g) ="2" H2O (g) ΔH =" -398.0" kJ·mol-1
③2CH3OH(g) +3O2 (g) =2CO2 (g) +4 H2O(g) ΔH =" -1104.0" kJ·mol-1
則CO(g)與H2(g)合成CH3OH(g)的熱化學(xué)方程式是_______________。
（2）據(jù)研究，反應(yīng)過(guò)程中起催化作用的為CuO，反應(yīng)體系中含少量CO2有利于維持催化劑CuO的量不變，原因是：_______________________________ (用化學(xué)方程式表示)。
（3）判斷反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的依據(jù)是（填字母序號(hào)，下同）__________。
A. 混合氣體的密度不變
B. 混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不變
C. CH3OH(g)、CO(g)、H2(g)的濃度都不再發(fā)生變化
D.生成CH3OH(g)的速率與消耗CO(g)的速率相等
（4）下表所列數(shù)據(jù)是反應(yīng)在不同溫度下的化學(xué)平衡常數(shù)（K）。

溫度
250℃
300℃
350℃
K
2.041
0.250
0.012
某溫度下，將2molCO(g)和6mol H2(g)充入2L的密閉容器中，充分反應(yīng)后，達(dá)到平衡時(shí)測(cè)得c(CO)=0.5mol/L，則CO(g)的轉(zhuǎn)化率為_(kāi)_______，此時(shí)的溫度為_(kāi)_________。
（5）要提高CO(g)的轉(zhuǎn)化率，可以采取的措施是__________。
A. 升高溫度         B. 加入催化劑         C. 增加CO(g)的濃度
D. 加入H2(g)加壓    E. 分離出甲醇         F.加入惰性氣體加壓
（6）一定條件下，在容積相同的三個(gè)密閉容器中，按不同方式投入反應(yīng)物，保持恒溫、恒容，測(cè)得反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)的有關(guān)數(shù)據(jù)如下：
容器
甲
乙
丙
反應(yīng)物投入量
1molCO  2molH2
1molCH3OH
2molCH3OH
平衡數(shù)據(jù)
CH3OH的濃度（mol/L）
c 1
c 2
c 3
反應(yīng)的能量變化的絕對(duì)值(kJ)
a
b
c
體系壓強(qiáng)（Pa）
P1
P2
P3
反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率
α1
α2
α3
下列說(shuō)法正確的是__________。
A. 2c1>c3             B.  a+b=129         C.  2p2<p3          D. α1+α3<1

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科目：高中化學(xué) 來(lái)源：2012-2013學(xué)年浙江�。＃└呷谝淮温�(lián)考理綜化學(xué)試卷（解析版） 題型：填空題

碳酸二甲酯(DMC)是一種近年來(lái)受到廣泛關(guān)注的環(huán)保型綠色化工產(chǎn)品。在催化劑作用下，可由甲醇和CO2直接合成DMC：CO2 + 2CH3OH → CO(OCH3)2 + H2O，但甲醇轉(zhuǎn)化率通常不會(huì)超過(guò)1%是制約該反應(yīng)走向工業(yè)化的主要原因。某研究小組在其他條件不變的情況下，通過(guò)研究溫度、反應(yīng)時(shí)間、催化劑用量分別對(duì)轉(zhuǎn)化數(shù)(TON)的影響來(lái)評(píng)價(jià)催化劑的催化效果。計(jì)算公式為：TON=轉(zhuǎn)化的甲醇的物質(zhì)的量/催化劑的物質(zhì)的量。

（1）已知25℃時(shí)，甲醇和DMC的標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱分別為△H1和△H2，則上述反應(yīng)在25℃時(shí)的焓變△H3=_____。

（2）根據(jù)反應(yīng)溫度對(duì)TON的影響圖（下左圖）判斷該反應(yīng)的焓變△H________0（填“>”、“=”或“<”），理由是________________________________。

（3）根據(jù)反應(yīng)時(shí)間對(duì)TON的影響圖（上右圖），已知溶液總體積10mL，反應(yīng)起始時(shí)甲醇0.25mol，催化劑0.6×10—5 mol，計(jì)算該溫度下，4～7 h內(nèi)DMC的平均反應(yīng)速率：________；計(jì)算10 h時(shí)，甲醇的轉(zhuǎn)化率：________。

（4）根據(jù)該研究小組的實(shí)驗(yàn)及催化劑用量對(duì)TON的影響圖（下圖），判斷下列說(shuō)法正確的是___   __。

a. 由甲醇和CO2直接合成DMC，可以利用價(jià)廉易得的甲醇把影響環(huán)境的溫室氣體CO2轉(zhuǎn)化為資源，在資源循環(huán)利用和環(huán)境保護(hù)方面都具有重要意義

b. 在反應(yīng)體系中添加合適的脫水劑，將提高該反應(yīng)的TON

c. 當(dāng)催化劑用量低于1.2×10—5 mol時(shí)，隨著催化劑用量的增加，甲醇的平衡轉(zhuǎn)化率顯著提高

d. 當(dāng)催化劑用量高于1.2×10—5 mol時(shí)，隨著催化劑用量的增加，DMC的產(chǎn)率反而急劇下降

 

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科目：高中化學(xué) 來(lái)源：2012-2013學(xué)年廣東省肇慶市高三第二次高考模擬理綜化學(xué)試卷（解析版） 題型：計(jì)算題

合成氨然后再生產(chǎn)尿素是最重要的化工生產(chǎn)。

I．在3個(gè)2 L的密閉容器中，在相同的溫度下、使用相同的催化劑分別進(jìn)行反應(yīng)：

3H2(g) + N2(g)2NH3(g)，按不同方式投入反應(yīng)物，保持恒溫、恒容，測(cè)得反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)有關(guān)數(shù)據(jù)如下：

容器

甲

乙

丙

反應(yīng)物投入量

3 mol H2、2 mol N2

6 mol H2、4mol N2

2 mol NH3

達(dá)到平衡的時(shí)間/min

 

5

8

平衡時(shí)N2的濃度/mol·L－1

c1

1.5

 

NH3的體積分?jǐn)?shù)

ω1

 

ω3

混合氣體密度/g·L－1

ρ1

ρ2

 

 

（1）容器乙中反應(yīng)從開(kāi)始到達(dá)平衡的反應(yīng)速率為v(H2)=___________。

（2）在該溫度下甲容器中反應(yīng)的平衡常數(shù)K=                             (用含c1的代數(shù)式表示)。

（3）分析上表數(shù)據(jù)，下列關(guān)系正確的是________（填序號(hào)）：

a．2c1 > 1.5         b．2ρ1 = ρ2       c．ω3 = ω1 

II．工業(yè)上用氨氣合成尿素（H2NCONH2）的反應(yīng)在進(jìn)行時(shí)分為如下兩步：

第一步：2NH3(l)＋CO2(g) H2NCOONH4 (l)  (氨基甲酸銨)   △H1

第二步：H2NCOONH4(l)H2O(l)＋H2NCONH2(l)               △H2   

（4）某實(shí)驗(yàn)小組模擬工業(yè)上合成尿素的條件，在一體積為0.5 L密閉容器中投入4 mol氨和1mol二氧化碳，實(shí)驗(yàn)測(cè)得反應(yīng)中各組分隨時(shí)間的變化如左下圖I所示：

①已知總反應(yīng)的快慢由慢的一步?jīng)Q定，則合成尿素總反應(yīng)的快慢由第     步反應(yīng)決定。

②第二步反應(yīng)的平衡常數(shù)K隨溫度T的變化如右上圖II所示，則△H2             0；③若第一步反應(yīng)升溫時(shí)氨氣濃度增大，請(qǐng)?jiān)趫DII中畫(huà)出第一步反應(yīng)K1隨溫度T變化曲線，并作出必要的標(biāo)注。

（5）氨和尿素溶液都可以吸收硝工業(yè)尾氣中的NO、NO2，將其轉(zhuǎn)化為N2。

①尿素與NO、NO2三者等物質(zhì)的量反應(yīng)為：CO(NH2)2+NO+NO2 =CO2+2N2+2H2O

該反應(yīng)中的氧化劑為                    （寫(xiě)化學(xué)式）。

②已知：N2(g)+O2(g)= 2NO(g)    △H =a kJ·mol－1

N2(g)+3H2(g)= 2NH3(g)  △H2=bkJ· kJ·mol－1

2H2(g)+O2(g)= 2H2O(g)  △H = c kJ·mol－1

則4NH3(g) +4NO(g) +O2(g)= 4N2(g)+6H2O(g) △H=              。

③尿素燃料電池結(jié)構(gòu)如下圖所示。其工作時(shí)負(fù)極電極反應(yīng)式可表示為                       。

 

 

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科目：高中化學(xué) 來(lái)源：2014屆湖北荊門高二上學(xué)期期末教學(xué)質(zhì)量檢測(cè)化學(xué)試卷（解析版） 題型：填空題

工業(yè)上通常在恒容密閉容器中采用CO(g)和H2 (g)反應(yīng)催化合成甲醇CH3OH(g)：

（1）已知：① 2CO(g) + O2 (g) = 2CO2 (g) ΔH =" -566.0" kJ·mol-1

② 2H2(g) + O2 (g) ="2" H2O (g) ΔH =" -398.0" kJ·mol-1

③2CH3OH(g) +3O2 (g) =2CO2 (g) +4 H2O(g) ΔH =" -1104.0" kJ·mol-1

則CO(g)與H2(g)合成CH3OH(g)的熱化學(xué)方程式是_______________。

（2）據(jù)研究，反應(yīng)過(guò)程中起催化作用的為CuO，反應(yīng)體系中含少量CO2有利于維持催化劑CuO的量不變，原因是：_______________________________ (用化學(xué)方程式表示)。

（3）判斷反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的依據(jù)是（填字母序號(hào)，下同）__________。

A. 混合氣體的密度不變

B. 混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不變

C. CH3OH(g)、CO(g)、H2(g)的濃度都不再發(fā)生變化

D.生成CH3OH(g)的速率與消耗CO(g)的速率相等

（4）下表所列數(shù)據(jù)是反應(yīng)在不同溫度下的化學(xué)平衡常數(shù)（K）。

溫度

250℃

300℃

350℃

K

2.041

0.250

0.012

某溫度下，將2molCO(g)和6mol H2(g)充入2L的密閉容器中，充分反應(yīng)后，達(dá)到平衡時(shí)測(cè)得c(CO)=0.5mol/L，則CO(g)的轉(zhuǎn)化率為_(kāi)_______，此時(shí)的溫度為_(kāi)_________。

（5）要提高CO(g)的轉(zhuǎn)化率，可以采取的措施是__________。

A. 升高溫度         B. 加入催化劑         C. 增加CO(g)的濃度

D. 加入H2(g)加壓    E. 分離出甲醇         F.加入惰性氣體加壓

（6）一定條件下，在容積相同的三個(gè)密閉容器中，按不同方式投入反應(yīng)物，保持恒溫、恒容，測(cè)得反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)的有關(guān)數(shù)據(jù)如下：

容器

甲

乙

丙

反應(yīng)物投入量

1molCO  2molH2

1molCH3OH

2molCH3OH

平衡數(shù)據(jù)

CH3OH的濃度（mol/L）

c 1

c 2

c 3

反應(yīng)的能量變化的絕對(duì)值(kJ)

a

b

c

體系壓強(qiáng)（Pa）

P1

P2

P3

反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率

α1

α2

α3

下列說(shuō)法正確的是__________。

A. 2c1>c3             B.  a+b=129         C.  2p2<p3          D. α1+α3<1

 

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科目：高中化學(xué) 來(lái)源： 題型：閱讀理解

工業(yè)上通常在恒容密閉容器中采用CO(g)和H2 (g)反應(yīng)催化合成甲醇CH3OH(g)：

（1）已知：① 2CO(g) + O2 (g) = 2CO2 (g)  ΔH = -566.0 kJ·mol-1  ② 2H2(g) + O2 (g) =2 H2O (g)  ΔH = -398.0 kJ·mol-1  ③2CH3OH(g) +3 O2 (g) =2CO2 (g) +4 H2O(g)  ΔH = -1104.0 kJ·mol-1則CO(g)與H2(g)合成CH3OH(g)的熱化學(xué)方程式是_______________。

（2）據(jù)研究，反應(yīng)過(guò)程中起催化作用的為CuO，反應(yīng)體系中含少量CO2有利于維持催化劑CuO的量不變，原因是：_______________________________ (用化學(xué)方程式表示)。

（3）判斷反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的依據(jù)是（填字母序號(hào)，下同）__________。

A. 混合氣體的密度不變

B. 混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不變

C. CH3OH(g)、CO(g)、H2(g)的濃度都不再發(fā)生變化

D.生成CH3OH(g)的速率與消耗CO(g)的速率相等

（4）下表所列數(shù)據(jù)是反應(yīng)在不同溫度下的化學(xué)平衡常數(shù)（K）。

溫度

250℃

300℃

350℃

K

2.041

0.250

0.012

某溫度下，將2molCO(g)和6mol H2(g)充入2L的密閉容器中，充分反應(yīng)后，達(dá)到平衡時(shí)測(cè)得c(CO)=0.5mol/L，則CO(g)的轉(zhuǎn)化率為_(kāi)_______，此時(shí)的溫度為_(kāi)_________。

（5）要提高CO(g)的轉(zhuǎn)化率，可以采取的措施是__________。

A. 升高溫度                   B. 加入催化劑               C. 增加CO(g)的濃度

D. 加入H2(g)加壓     E. 分離出甲醇               F.加入惰性氣體加壓

（6）一定條件下，在容積相同的三個(gè)密閉容器中，按不同方式投入反應(yīng)物，保持恒溫、恒容，測(cè)得反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)的有關(guān)數(shù)據(jù)如下：

容器

甲

乙

丙

反應(yīng)物投入量

1molCO  2molH2

1molCH3OH

2molCH3OH

平衡數(shù)據(jù)

CH3OH的濃度（mol/L）

c 1

c 2

c 3

反應(yīng)的能量變化的絕對(duì)值(kJ)

a

b

c

體系壓強(qiáng)（Pa）

P1

P2

P3

反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率

α1

α2

α3

       下列說(shuō)法正確的是__________。

       A. 2c1>c3                    B.  a+b=129         C.  2p2<p3                   D. α1+α3<1

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