57工业生产中适宜条件的选择

1、温度工业生产中适宜条件的选择1 . (2018大连模拟)甲醇是一种重要的试剂，氢气和二氧化碳在一定条件下可合成甲醇：3H2(g)+ C02(g) ?CH30H(g) + H20(g)，在某密闭容器中充入3 mol氢气和1 mol二氧化碳，测得混合气体中甲醇的体积分数与温度的关系如图A所示：畑图B vu试回答下列问题:(1) 该反应是(填“放热”或“吸热”为了降低合成甲醇的成本可以采用的措施是)反应。该反应平衡常数的表达式为 (任意写出一条合理的建议 )。(2) 解释 0To内，甲醇的体积分数变化趋势： 氢气在Q点的转化率 (填“大于”“小于”或“等于”， 下同)氢气在 W点的转化率；其他条件相

2、同，甲醇在 Q点的正反应速率甲醇在M点的正反应速率。(4)图B表示氢气转化率o(H2)与投料比V(H2)-V(CO2 )的关系，请在图B中画出两条变化曲线并标1.01X 105 Pa；另则：K1出曲线对应的条件，两条曲线对应的条件分别为：一条曲线对应的压强是一条曲线对应的压强是3.03X 105 P& (其他条件相同)2. CO是合成尿素、甲酸的原料。(1) 在100 kPa和T K下，由稳定单质生成 1 mol化合物的焓变称为该物质在T K时的标准摩尔生成焓，用符号AH °表示。已知石墨和一氧化碳的燃烧热分别为393.5 kJ mo1和283.0kJ mol 1，贝H CO

3、(g)的 AH 0=。(2) 合成尿素的反应：2NH3(g) + CO(g) ? CO(NH 2)2© + 出9) AH = - 81.0 kJ mol ； T C时，在体积为2 L的恒容密闭容器中，将 2 mol的NH3和1 mol CO混合反应，5 min时，NH3的转化率为80%。贝U 05 min平均反应速率为 v(CO) = 已知:温度/K398498平衡常数(K)126.5K1(填“”或“V”)126.5;其判断理由是 若保持恒温恒容条件，将物质的量之和为3 mol的NH3和CO以不同的氨碳比进行反应，结果如图所示：115 2 25 3 :讣 44.5J XT-H(CO)

4、 若图中c表示平衡体系中尿素的体积分数，则a表示的转化率。 当巴吐l时，尿素含量最大；此时，对于该反应既能增大反应速率又能使平衡n(CO)正向移动的措施是 (写一种)。3. (2018 西省重点中学高三理综)碳及其化合物与人类生产、生活密切相关。请回答下列问题：(1)在化工生产过程中，少量 CO的存在会引起催化剂中毒。为了防止催化剂中毒，常用SO2将CO氧化，SO2被还原为S。已知：1T C(s) + 2O2(g)=CO(g)AHi = - 126.4 kJ mol C(s) + O2(g)=CO 2(g) S(s) + O2(g)=SO2(g)AH2=- 393.5 kJ molAH3=-

5、296.8 kJ mol-则SO2氧化CO的热化学方程式为 (2)CO可用于合成甲醇，反应方程式为CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如图CO(g) + 2H2(g) ? CH 3OH(g)。1所示，该反应的AH(填“”pivi KJ1 kPa图1Ml 3图2图2表示CO的平衡转化率与起始投料比曲温度的变化关系，测得B(X1,60)点氢气的转化率为40%，贝U X1 =一定条件下,将2 mol CO和2 mol H 2置于容积为2L固定的密闭容器中发生上述反应,应达到平衡时CO与H2体积之比为2 ： 1,则平衡常数 K =。4德国化学家哈伯从1902年开始研究由氮气和氢气直接合成氨，反应原

6、理为N2(g) + 3H2(g)-1? 2NH 3(g) AH=- 92.4 kJ mol。(1)在恒温恒容条件下，向反应平衡体系中充入氮气，达到新平衡时，C(H2 )将(填“增大”"减小""不变”或"无法判断”，下同),c(N2)c3(H2)将。工业上可用 CH4与水蒸气制氢气：CH4(g) + H 2O(g) ?CO(g) + 3H2(g)。在200 C时2 L的密闭容器中，将1 mol CH 4和1 mol H 20(g)混合，达到平衡时 CH4的转化率为80%。贝U 200 C时该反应的平衡常数K=(保留一位小数)。(3) 如图为合成氨反应在不同

7、温度和压强、使用相同催化剂条件下，初始时氮气、氢气的体积比为1 : 3时，平衡混合物中氨的体积分数。若分别用Va(NH3)和vb(NH 3)表示从反应开始至达平衡状态A、B时的化学反应速率， 则Va(NH3)(填“ >”“<”或“ =” )vb(NH3)。P，： :Wk LI)1 kPa /Ju： L.l) x 11 kPa 卩泊 l.Cx KPkPiit1IKJ-如-讯卜5040301°'2(H)站讪 35(t 450 5IK S50 柑椚 Tg5 (1)(2018长春一模)氨催化氧化时会发生两个竞争反应：1反应I: 4NH 3(g) + 5O2(g) ? 4N

8、O(g) + 6H2O(g)AH = - 905.0 kJ mol反应n： 4NH3(g) + 302(g) ?2N2(g) + 6H2O(g)AH = - 1 266.6 kJ mol-为分析某催化剂对该反应的选择性，在1 L密闭容器中充入1 mol NH 3和2 mol O 2,测得有关物质的量关系如下图：520腳、r/t 该催化剂在低温时选择反应 (填“I”或“n” )。 520 C时，4NH3+ 3O2 ?2N2+ 6H2O 平衡常数 K =(不要求得出计算结果，只需列出数字计算式)。 C点比B点所产生的NO的物质的量少的主要原因是 汽车使用乙醇汽油并不能减少NOx的排放，这使 NOx

9、的有效消除成为环保领域的重要课题。某研究性小组在实验室以 Ag-ZSM-5为催化剂，测得NO转化为N?的转化率随温度变化情况如图所示。若不使用 CO,温度超过775 K，发现NO的分解率降低，其可能的原因为在n(NO)/ n(CO) = 1的条件下，为更好地除去 NOx物质，应控制在最佳温度在 右。5IK) 6(阳了00H00切和I.反应血度fKoJtCO时NO应按分懈为皿的产率* CO事余的耳守唱 rr(NOVji(COl=l 条件卡,的转侶吐棒化对恥啊转化聿"工业生产中适宜条件的选择答案精析1 . (1)放热 K =兀畀严 胃20增加co?的充入量(合理即可)c (H2 )C(C

10、O2 )(2)温度低于To时，反应未达到平衡，反应正向进行，使甲醇的体积分数逐渐增大小于小于如图所示解析 W点表示在To时反应达到平衡状态，达到平衡之后，升高温度，甲醇的体积分数减小，说明平衡向逆反应方向移动，则正反应是放热反应。该反应平衡常数的表达式K =CCUOH CH2。，为了降低合成甲醇的成本可以采用的措施是：增加CO?的充入量。(3)Qc H2 c CO2点时反应未达到平衡状态，反应正向进行，甲醇的体积分数增大，氢气的转化率增大，所以Q点氢气的转化率小于 W点的。Q点和M点对应体系中各物质的浓度相同，M点对应的温度较高，反应速率较大。(4)其他条件不变，随着氢气与二氧化碳体积比增大，

11、氢气的转化率 减小；该反应的正反应是气体分子数减小的反应，增大压强，氢气转化率增大。12. (1) 110.5 kJ mol(2)0.08 mol L1 min 1 < 合成尿素的反应为放热反应，温度升高，平衡逆向移动，K减小 CO 2按物质的量之比为 2 : 1加入NH3和CO3. (1)SO2(g) + 2CO(g)=S(s) + 2CO2(g) AH = 237.4 kJ mol1(2)<3 4.5解析(1)由盖斯定律可知，2X2X即可得所求热化学方程式。(2)由于温度越高 CO的平衡转化率越低，则可推出温度升高平衡向逆反应方向移动，则正反应放热，即AH<0。令CO起始

12、物质的量为1 mol , H2的起始物质的量为 X1 mol，当CO变化0.6 mol时，出1 2变化1.2 mol，则有丄乂 100% = 40%，解得X1 = 3。列出三段式，先根据两种气体体积比为X11 1 2 1 1 12 ： 1,可列式求出平衡浓度c(CH3OH) = 3 mol L , c(CO) = 3 mol L , c(H2)=- mol L ,然后列式计算 K = cCH3(OH = 4.5。c(CO ) c (H2 ) (1)减小增大(2)69.1(3)<解析(1)恒温恒容条件下，向反应平衡体系中充入氮气，平衡将向正反应方向移动，故达到新平衡时，c(H 2)减小。温度不变，平衡常数大，K不变，故c(N2)c3(H2)也会增大。k=訓7不变，达到新平衡后,c(NH 3)增则平衡常数3c(CO)c (H2) _ c(CH4)c(H200.4 X 1.2疋69.1 o (3)由题图可知,0.1 X 0.1B所处的温度和压强均大(2)根据三段式法进行计算:CH 4(g) +H20(g)CO(g)+ 3H2(g)