| 物质 | H2 | CO | CH4 | CH3COOH |
| 燃烧热(kJ/mol) | 286 | 283 | 890 | 874 |
分析 (1)一定温度下,向容积恒定为2L的密闭容器中通人3molCO2、3molCH4,反应在2min末达到平衡状态,此时测得CO2和CO的体积分数相等,则:
CO2(g)+CH4 (g)?2CO (g)+2H2(g)
起始量(mol):3 3 0 0
变化量(mol):x x 2x 2x
平衡量(mol):3-x 3-x 2x 2x
则3-x=2x,解得x=1,
①根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v(H2);
②根据K=$\frac{{c}^{2}(CO)×{c}^{2}({H}_{2})}{c(C{O}_{2})×c(C{H}_{4})}$计算平衡常数;
③可逆反应到达平衡时,同种物质的正逆速率相等且保持不变,各组分的浓度、含量保持不变,由此衍生的其它一些量不变,判断平衡的物理量应随反应进行发生变化,该物理量由变化到不再变化说明到达平衡;
④④氢气燃烧热的热化学方程式:H2(g)+$\frac{1}{2}$O2(g)=H2O(l)△H=-286kJ/mol ①
CO燃烧热的热化学方程式:CO(g)+$\frac{1}{2}$O2(g)=CO2(g)△H=-283kJ/mol ②
CH4燃烧热的热化学方程式为:CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)△H=-890kJ/mol ③
根据盖斯定律,③-②×2-①×2可得:CO2(g)+CH4(g)?2CO(g)+2H2(g);
⑤为提高CH4的转化率,应改变条件使平衡正向移动,结合平衡常移动原理分析解答,不能只增大甲烷浓度,否则其转化率会降低;
(2)①温度超过250℃时,温度升高催化剂的催化效率降低,250~300℃之间催化剂为影响反应速率主要因素,温度高于300℃后,温度是影响反应速率主要因素;
②从综合经济效益考虑,250℃时催化剂的催化效果最好,提高温度耗费较高的能量,并且低温条件有利于平衡向着正反应方向移动.
解答 解:(1)一定温度下,向容积恒定为2L的密闭容器中通人3molCO2、3molCH4,反应在2min末达到平衡状态,此时测得CO2和CO的体积分数相等,则:
CO2(g)+CH4 (g)?2CO (g)+2H2(g)
起始量(mol):3 3 0 0
变化量(mol):x x 2x 2x
平衡量(mol):3-x 3-x 2x 2x
则3-x=2x,解得x=1,
①v(H2)=$\frac{\frac{2mol}{2L}}{2min}$=0.5mol/(L.min),故答案为:0.5mol/(L.min);
②该温度下,平衡常数K=$\frac{{c}^{2}(CO)×{c}^{2}({H}_{2})}{c(C{O}_{2})×c(C{H}_{4})}$=$\frac{{1}^{2}×{1}^{2}}{1×1}$=1,故答案为:1;
③③CO2(g)+CH4(g)?2CO(g)+2H2(g),反应是气体体积增大的反应,
A.速率之比等于化学方程式计量数之比,2则v正(CH4)=v正(H2),当2v正(CH4)=v逆(H2),反应达到平衡状态,但v正(CH4)=2v逆(H2)不符合速率之比,不能说明反应达到平衡状态,故A错误;
B.反应前后气体物质的量变化,恒温恒容下压强发生变化,当容器内压强保持恒定不变,说明反应达到平衡状态,故B正确;
C.反应中断裂4molC-H键同时消耗1mol H2时反应达到平衡状态,反应中断裂2molC-H键同时消耗1mol H2,说明反应达到平衡状态,故C正确;
D.反应前后气体质量和体积不变,容器内混合气体的密度始终保持恒定不变,不能说明反应达到平衡状态,故D错误,
故选:BC;
④氢气燃烧热的热化学方程式:H2(g)+$\frac{1}{2}$O2(g)=H2O(l)△H=-286kJ/mol ①
CO燃烧热的热化学方程式:CO(g)+$\frac{1}{2}$O2(g)=CO2(g)△H=-283kJ/mol ②
CH4燃烧热的热化学方程式为:CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)△H=-890kJ/mol ③
根据盖斯定律,③-②×2-①×2可得:CO2(g)+CH4(g)?2CO(g)+2H2(g)△H=+248kJ/mol,
故答案为:+248kJ/mol;
⑤正反应是气体体积增大的反应吸热反应,减小反应压强、增大CO2的浓度、升高温度等,平衡正向移动,反应物甲烷的转化率增大,
故答案为:减小反应压强、增大CO2的浓度;
(2)①温度超过250℃时,温度升高催化剂的催化效率降低,250~300℃之间催化剂为影响反应速率主要因素,乙酸的生成速率降低,而温度高于300℃后,温度是影响反应速率主要因素,乙酸的生成速率随温度升高而升高,
故答案为:温度超过250℃时,温度升高催化剂的催化效率降低,250~300℃之间催化剂为影响反应速率主要因素,乙酸的生成速率降低,而温度高于300℃后,温度是影响反应速率主要因素,乙酸的生成速率随温度升高而升高;
②工业生产中该反应的温度常选择250℃、不选择400℃,从综合经济效益考虑,是因为250℃时,催化剂的催化效果最好,提高温度耗费较高的能量,并且低温条件有利于平衡向着正反应方向移动,
故答案为:250℃.
点评 本题考查化学平衡计算与影响因素、化学平衡图象、平衡状态判断、反应速率、平衡常数、反应热计算等,综合性强,是对学生综合能力的考查,难度中等.
科目:高中化学 来源: 题型:选择题
| A. | 甲基橙呈红色的溶液中:Fe2+、Cl-、NO3-、Na+ | |
| B. | 石蕊呈蓝色的溶液中:K+、AlO2-、SiO32-、HSO3- | |
| C. | 含大量Al3+的溶液中:K+、Ca2+、NO3-、HCO3- | |
| D. | 含大量OH一的溶液中:CO32-、ClO3-、F-、K+ |
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科目:高中化学 来源: 题型:选择题
| A. | 二氧化硫有漂白性,常用作棉、麻、纸张和食品的漂白 | |
| B. | 氢氧化铁溶胶、水玻璃、淀粉溶液、PM2.5微粒均具有丁达尔效应 | |
| C. | 氯水属于混合物,而液氨、冰醋酸均属于纯净物 | |
| D. | SiO2既能和NaOH溶液反应又能和氢氟酸反应,所以是两性氧化物 |
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科目:高中化学 来源: 题型:选择题
| A. | 3A(g)+B(g)?2C(g);△H<0 | B. | A(g)+3B(s)+2C(g)?3D(g);△H<0 | ||
| C. | C(s)+D(g)?A(g)+B(g)△H>0 | D. | 2C(g)?2A(g)+B(g)△H>0 |
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科目:高中化学 来源: 题型:选择题
| A. | ②不对 | B. | ③④不对 | C. | ①④不对 | D. | 全部正确 |
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科目:高中化学 来源: 题型:选择题
| A. | 等于p% | B. | 大于p% | C. | 小于p% | D. | 无法判断 |
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科目:高中化学 来源: 题型:填空题
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科目:高中化学 来源: 题型:选择题
| A. | 0.1 mol/L Na2CO3溶液:c(OH-)=c(HCO3-)+c(H+)+c(H2CO3) | |
| B. | 常温下,NH4Cl和NH3•H2O混合溶液的PH=7:c(NH4+ )=c(Cl-) | |
| C. | 向醋酸溶液中加入适量醋酸钠,得到的碱性混合溶液:c(Na+)>c(CH3COO-)>c(H+)>c(OH-) | |
| D. | 常温下,向硝酸钾溶液中滴加稀盐酸得到的pH=5的混合溶液:c(K+)>c(NO3-) |
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