问题 填空题

下图是煤化工产业链的一部分,试运用所学知识,解决下列问题:

I.已知该产业链中某反应的平衡表常数达式为:K=,它所对应反应的化学方程式为                                            

II.二甲醚(CH3OCH3)在未来可能替代柴油和液化气作为洁净液体燃料使用,工业上以CO和H2为原料生产CH3OCH3。工业制备二甲醚在催化反应室中(压力2.0~10.0Mpa,温度230~280℃)进行下列反应:

①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H1=-90.7kJ·mol-1

②2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) △H2=-23.5kJ·mol-1

③CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) △H3=-41.2kJ·mol-1

(1)催化反应室中总反应的热化学方程式为                                         

830℃时反应③的K=1.0,则在催化反应室中反应③的K    1.0(填“>”、“<”或“=”)。

(2)在某温度下,若反应①的起始浓度分别为:c(CO)=1 mol/L,c(H2)=2.4 mol/L,5 min后达到平衡,CO的转化率为50%,则5 min内CO的平均反应速率为            ;若反应物的起始浓度分别为:c(CO)=4 mol/L,c(H2)=a mol/L;达到平衡后,c(CH3OH)=2 mol/L,a=        mol/L。

(3)反应②在t℃时的平衡常数为400,此温度下,在0.5L的密闭容器中加入一定的甲醇,反应到某时刻测得各组分的物质的量浓度如下:

物质CH3OHCH3OCH3H2O
c(mol/L)0.81.241.24
 

①此时刻v   v(填“大于”“小于”或“等于”

②平衡时二甲醚的物质的量浓度是                    

以二甲醚、空气、KOH 溶液为原料,以石墨为电极可直接构成燃料电池,则该电池的负极反应式为                                              ;若以1.12L/min(标准状况)的速率向电池中通入二甲醚,用该电池电解500mL2mol/L CuSO4溶液,通电0.50 min后,计算理论上可析出金属铜的质量为                         

答案

I.C(s) + H2O(g)  CO(g)+H2(g) (1分)

II.(1)3CO(g)+3H2(g)  CH3OCH3(g) +CO2(g) △H1=-246.1kJ·mol-1    > (1分)

(2)0.1mol/(L·min)  (1分)  5.4 (1分)

(3)大于(1分)   1.6mol/L (1分)

(4)CH3OCH3 -12e-+16OH - = 2CO32-+11H2O (1分)  9.6g (2分)

题目分析:I.根据题给平衡常数表达式,结合质量守恒定律写出,化学方程式为

C(s) + H2O(g)  CO(g)+H2(g);II.(1)根据盖斯定律,①×2+②+③得催化反应室中总反应的热化学方程式为3CO(g)+3H2(g)  CH3OCH3(g) +CO2(g) △H1=-246.1kJ·mol-1;该反应放热,降温平衡向正向移动,K增大,故在催化反应室中反应③的K>1.0;(2)根据v=△c/△t,将题给数据代入计算,v(CO)= 0.1mol/(L·min);根据平衡计算——三行式计算。

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

起始浓度(mol/L)  1      2.4          0           4      a           0

转化浓度(mol/L)  0.5     1           0.5          2      4           2

平衡浓度(mol/L)  0.5    1.4          0.5          2      a-4         2

将有关数据代入平衡常数表达式,计算得a=5.4;

(3)①根据信息知,Q= c(CH3OCH3) c(H2O)/ c2(CH3OH),代入数据计算得Q=2.4,Q<K,反应正向进行,v大于v;②根据平衡计算——三行式进行计算。平衡时二甲醚的物质的量浓度是1.6mol/L;

(4)以二甲醚、空气、KOH 溶液为原料,以石墨为电极可直接构成燃料电池,二甲醚发生氧化反应,在负极发生反应,根据原子守恒和电荷守恒,该电池的负极反应式为CH3OCH3 -12e-+16OH - = 2CO32-+11H2O;根据电子守恒计算析出铜的质量,2m(Cu)/64=1.12/22.4×0.5×12,m(Cu)=9.6g。

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