問題詳情:
下圖是煤化工產業鏈的一部分,試運用所學知識,解決下列問題:
I.已知該產業鏈中某反應的平衡常數表達式為:K=,它所對應反應的化學方程式為 。
II.二*醚(CH3OCH3)在未來可能替代柴油和液化氣作為潔淨液體燃料使用,工業上以CO和H2為原料生產CH3OCH3。工業製備二*醚在催化反應室中(壓力2.0~10.0Mpa,温度230~280℃)進行下列反應:
CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) △H1=-90.7kJ·mol-1
2CH3OH(g) CH3OCH3(g)+H2O(g) △H2=-23.5kJ·mol-1
CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) △H3=-41.2kJ·mol-1
(1)催化反應室中總反應的熱化學方程式為 。
830℃時反應③的K=1.0,則在催化反應室中反應③的K 1.0(填“>”、“<”或“=”)。
(2)在某温度下,若反應①的起始濃度分別為:c(CO)=1 mol/L,c(H2)=2.4 mol/L,5 min後達到平衡,CO的轉化率為50%;若反應物的起始濃度分別為:c(CO)=4 mol/L,c(H2)=a mol/L,達到平衡後,c(CH3OH)=2 mol/L,則a= mol/L。
(3)反應②在t℃時的平衡常數為400,此温度下,在0.5L的密閉容器中加入一定的*醇,反應到某時刻測得各組分的物質的量濃度如下:
①此時刻v正 v逆(填“大於”“小於”或“等於”)
②平衡時二*醚的物質的量濃度是 。
(4)以二*醚、空氣、KOH 溶液為原料,以石墨為電極可直接構成燃料電池,則該電池的負極反應式為 ;若以1.12L/min(標準狀況)的速率向電池中通入二*醚,用該電池電解500mL2mol/L CuSO4溶液,通電0.50 min後,計算理論上可析出金屬銅的質量為 。
【回答】
【*】I. C(s) + H2O(g) CO(g)+H2(g)
II. (1)3CO(g)+3H2(g) CH3OCH3(g) +CO2(g) △H1=-246.1kJ·mol-1 大於
(2)5.4
(3) 大於 1.6mol/L
(4)CH3OCH3 -12e-+16OH -2+11H2O 9.6g
【解析】本題主要考查的是熱化學方程式和化學平衡的計算。
I.因為K=,所以該反應的方程式為:C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g),注意C為固態,不列入平衡常數表達式,故*為:C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g);
II. (1)依據蓋斯定律將方程式變形①´2+②+③得3CO(g)+3H2(g) CH3OCH3(g) +CO2(g) △H=△H1´2+△H2+△H3=-246.1kJ·mol-1,反應③為放熱反應降低温度平衡正向移動K值增大,830℃時反應③的K=1.0,則在催化反應室中温度為230~280℃,所以K值增大,K>1.0,故*為:3CO(g)+3H2(g) CH3OCH3(g) +CO2(g);△H1=-246.1kJ·mol-1;大於。
(2)
K===
因為温度相同,所以改變初始濃度後平衡常數不變
K=== a=5.4mol/L
故*為:a=5.4mol/L。
(3) Qc===2.4 K=400,Qc<K,平衡向正反應方向,v正>v逆
設生成的二*醚的物質的量濃度x。
K===400 x=0.36,c(CH3OCH3)=1.24+0.36=1.6。
故*為:1.6mol/L。
(4)二*醚、空氣、KOH溶液為原料,總電池反應方程式為:
CH3OCH3+3O2+4OH-2+5H2O ①
正極電極反應式為:3O2+6 H2O+12e- 12OH- ②
①-②得:CH3OCH3-12e-+16OH-2+11H2O
n(CH3OCH3)=1.12L/min´0.5min¸22.4L/mol=0.025mol
n(Cu2+)=0.5L´2mol/L=1mol
理論上可以析出9.6g銅。
故*為:CH3OCH3 -12e-+16OH -2+11H2O;9.6g。
知識點:化學反應速率 化學平衡
題型:綜合題