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(共10分)甲醇合成反应及其能量变化如图所示:

(1)写出合成甲醇的热化学方程式________________________________。

实验室在1 L的密闭容器中进行模拟合成实验。将1 mol CO和2 mol H2通入容器中,分别恒温在300 ℃和500 ℃反应,每隔一段时间测得容器内CH3OH的浓度如下表所示:

时间浓度(mol/L)温度

10 min

20 min

30 min

40 min

50 min

60 min

300 ℃

0.40

0.60

0.75

0.84

0.90

0.90

500 ℃

0.60

0.75

0.78

0.80

0.80

0.80

(2)在300 ℃反应开始10 min内,H2的平均反应速率为v(H2)=________。

(3)在500 ℃达到平衡时,平衡常数K=________。

(4)在另一体积不变的密闭容器中,充入1.2 mol CO和2.0 mol H2,一定条件下达到平衡,测得容器中压强为起始压强的一半。计算该条件下H2的转化率为________。

(5)铜基催化剂具有活性高、选择性好和条件温和的特点,已广泛地使用于CO/CO2的加氢合成甲醇。该反应中a的大小对反应热ΔH有无影响,___________________________。

 

【答案】

(每空2分,共10分)

(1)CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g)  ΔH=-(ba) kJ·mol1

(2)0.08 mol/(L·min)

(3)25

(4)80% 

(5)无影响 

【解析】(1)根据图像可知,反应物的总能量高于生成物的总能量,因此是放热反应,反应热ΔH=-(ba) kJ·mol1,所以热化学方程式是CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g)  ΔH=-(ba) kJ·mol1

(2)10min时甲醇的浓度是0.4mol/,所以根据化学方程式可知,消耗氢气是0.8mol/L,则氢气的反应速率是0.8mol/L÷10min=0.08 mol/(L·min) 。

(3)在500 ℃达到平衡时,甲醇的物质的量浓度是0.8mol/L,所以消耗CO和氢气分别是0.8mol/L和1.6mol/L,则平衡时氢气和CO的浓度分别是0.4mol/L和0.2mol/L,则该温度下反应的平衡常数是

(4)               CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g)

起始量(mol)        1.2     2        0

转化量(mol)        x       2x       x

平衡量(mol)     1.2-x    2-2x     x

则1.2-x+2-2x+x=3.2÷2

解得2x=1.6mol

所以氢气的转化率是2x÷2=0.8,即80%。

(5)反应热只与反应物和生成物能量的相对大小有关系,和其余条件都是无关系的。

 

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科目:高中化学 来源:2013届山西省康杰中学等四校高三第一次联考化学试卷(带解析) 题型:填空题

(共10分)甲醇合成反应及其能量变化如图所示:

(1)写出合成甲醇的热化学方程式________________________________。
实验室在1 L的密闭容器中进行模拟合成实验。将1 mol CO和2 mol H2通入容器中,分别恒温在300 ℃和500 ℃反应,每隔一段时间测得容器内CH3OH的浓度如下表所示:

时间浓度(mol/L)温度
10 min
20 min
30 min
40 min
50 min
60 min
300 ℃
0.40
0.60
0.75
0.84
0.90
0.90
500 ℃
0.60
0.75
0.78
0.80
0.80
0.80
(2)在300 ℃反应开始10 min内,H2的平均反应速率为v(H2)=________。
(3)在500 ℃达到平衡时,平衡常数K=________。
(4)在另一体积不变的密闭容器中,充入1.2 mol CO和2.0 mol H2,一定条件下达到平衡,测得容器中压强为起始压强的一半。计算该条件下H2的转化率为________。
(5)铜基催化剂具有活性高、选择性好和条件温和的特点,已广泛地使用于CO/CO2的加氢合成甲醇。该反应中a的大小对反应热ΔH有无影响,___________________________。

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科目:高中化学 来源:2011-2012学年三校上海市)高三联考化学试卷(解析版) 题型:填空题

(本题共8分)

水煤气法制甲醇工艺流程框图如下

 (注:除去水蒸气后的水煤气含55~59%的H2,15~18%的CO,11~13%的CO2,少量的H2S、CH4,除去H2S后,可采用催化或非催化转化技术,将CH4转化成CO,得到CO、CO2和H2的混合气体,是理想的合成甲醇原料气,即可进行甲醇合成)

(1)制水煤气的主要化学反应方程式为:C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g),此反应是吸热反应。① 此反应的化学平衡常数表达式为                      ;

②下列能提高碳的平衡转化率的措施是                      。

A.加入C(s)     B.加入H2O(g)     C.升高温度     D.增大压强

(2)将CH4转化成CO,工业上常采用催化转化技术,其反应原理为:

CH4 (g)+3/2O2 (g)CO (g)+2H2O (g) +519KJ。工业上要选择合适的催化剂,分别对X、Y、Z三种催化剂进行如下实验(其他条件相同)

① X在T1℃时催化效率最高,能使正反应速率加快约3×105倍;

② Y在T2℃时催化效率最高,能使正反应速率加快约3×105倍;

③ Z在T3℃时催化效率最高,能使逆反应速率加快约1×106倍;

已知:T1>T2>T3,根据上述信息,你认为在生产中应该选择的适宜催化剂是      (填“X”或“Y”或“Z”),选择的理由是                                          

(3)合成气经压缩升温后进入10m3甲醇合成塔,在催化剂作用下,进行甲醇合成,主要反应是:2H2(g) + CO(g) CH3OH(g)+181.6kJ。T4℃下此反应的平衡常数为160。此温度下,在密闭容器中加入CO、H2,反应到某时刻测得各组分的浓度如下:

物质

H2

CO

CH3OH

浓度/(mol·L1

0.2

0.1

0.4

① 比较此时正、逆反应速率的大小:v         v (填“>”、“<”或“=”)。

② 若加入同样多的CO、H2,在T5℃反应,10 min后达到平衡,此时c(H2)=0.4 mol·L1、c(CO)=0.7 mol·L1、则该时间内反应速率v(CH3OH) =             mol·(L·min)1

(4)生产过程中,合成气要进行循环,其目的是                                  

 

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科目:高中化学 来源:2011-2012学年上海市崇明县高三高考模拟考试(二模)化学试卷(解析版) 题型:填空题

(共10分)二甲醚是一种重要的清洁燃料,也可替代氟利昂作制冷剂等,对臭氧层无破坏作用。工业上可利用焦炭与水蒸气在高温下的反应产物(水煤气)合成二甲醚。请回答下列问题:

(1)、制水煤气的主要化学反应方程式为:                   

(2)、煤的气化过程中产生的有害气体H2S用Na2CO3溶液吸收,生成两种酸式盐,该反应的化学方程式为:                          

(3)、利用水煤气合成二甲醚的三步反应如下:

  ① 2H2(g)CO(g)CH3OH(g)90.8 kJ

  ② 2CH3OH(g)CH3OCH3(g)H2O(g)23.5 kJ

  ③ CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)41.3 kJ

  总反应:3H2(g)3CO(g)CH3OCH3(g)CO2(g)Q,其中Q     kJ;

  一定条件下的密闭容器中,该总反应达到平衡,要提高CO的转化率,可以采取的措施是

     (填字母代号)。

       a.低温高压                b.加入催化剂            c.减少CO2的浓度     d.增加CO的浓度

(4)、已知某温度下反应②2CH3OH(g)CH3OCH3(g)H2O(g)在一密闭容器中进行到10min时恰好达平衡,测得各组分的浓度如下:

物质

CH3OH

CH3OCH3

H2O

浓度/(mol·L)

0.44

0.6

0.6

  比较此时正、逆反应速率数值(单位相同)的大小:(甲醇)    (水)(填“>”、“<”或“=”)。

  反应开始时(CH3OH)      

  该时间内的平均反应速率(CH3OH)     

  该温度下反应的平衡常数值为     。(精确到0.01)

 

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