以CH4、CO2爲原料合成乙*,是綜合開發溫室氣體資源的新方向。I.CH4.CO2催化重整間接制乙*CH4、C...
問題詳情:
以CH4、CO2爲原料合成乙*,是綜合開發溫室氣體資源的新方向。
I.2催化重整間接制乙*
CH4、CO2催化重整制合成氣,再利用合成氣制乙*,涉及的反應如下:
反應l:CH4(g)+CO2(g) ⇌2H2(g)+2CO(g)△H
反應2:2H2(g)+CO(g) ⇌CH3OH(g)△H=-90.9kJ·mol-1
反應3:CH3OH(g)+CO(g) ⇌CH3COOH(g)△H=-118.2kJ·mol-1
(1)已知:CH4(g)+CO2(g) ⇌ CH3COOH(g)△H=+37.9kJ·mol-1則“反應l”的△H=_________
(2)“反應1”的化學反應速率,k爲速率常數。1123K和1173K時,分別保持或不變,測得速率v與、的關係如圖所示:
①由圖可知,下列敘述正確的是_________(填標號)。
A.當10kPa≤≤25kPa時,m=l
B.其他條件不變,增大,速率v不一定增大
C.a、b、c三點速率常數的大小關係爲:ka>kb>kc
②若初始時按n(CH4):n(CO2)=1:1進氣,且Kb=1.3×10-2mol·g-1·s-1·Kpa-2,則b點的化學反應速率v=_________mol·g-1·s-1。
(3)向盛有催化劑的剛*容器中通入等物質的量的CH4(g)和CO2(g),發生“反應1”。在923K和1173K時,CH4(g)的轉化率(α)與時間(t)的關係如圖所示。
923K時,CH4(g)的平衡轉化率α=_________,若平衡時體系的總壓強爲p0,平衡常數K923K=____(用含有p0的代數式表示)。
II.CH4、CO2兩步法制乙*
(4)反應CH4(g)+CO2(g)⇌CH3COOH(g)不能自發進行。將該反應拆分成兩個連續的步驟進行,可在較溫和的條件下實現上述轉化,具體過程:
①第二步反應的化學方程式爲_________
②爲增大CH3COOH的平衡產率,從溫度角度考慮,第一步反應在高溫下進行,第二步反應在_________進行;從H2濃度的角度考慮,應採取的措施是_________。
【回答】
+247.0kJ·mol−1 AB 5.2 60% p02或1.265625 p02 CO2+Co3C+2H2⇌CH3COOH+3Co 低溫 第一步減小*氣的濃度(或壓強),第二步增大*氣的濃度(或壓強)
【分析】
I.利用該蓋斯定律進行計算,將反應1、反應2、反應3相加可以得到總反應,可以求出“反應l”的△H的數值;從圖像資訊分析m的值,k的值和速率的變化;
II.根據圖示可以寫出化學反應方程式。從化學平衡移動的方向分析濃度,溫度對平衡的影響。
【詳解】
I.(1)反應l:CH4(g)+CO2(g)⇌2H2(g)+2CO(g)△H1
反應2:2H2(g)+CO(g) ⇌CH3OH(g)△H2=-90.9kJ·mol-1
反應3:CH3OH(g)+CO(g) ⇌CH3COOH(g)△H3=-118.2kJ·mol-1
總反應:CH4(g)+CO2(g) ⇌CH3COOH(g)△H=+37.9kJ·mol-1,根據蓋斯定律,反應l+反應2+反應3可得總反應,△H1+△H2+△H3=△H,則△H1=△H-△H2-△H3=+37.9kJ·mol-1-(-90.9kJ·mol-1)-(-118.2kJ·mol-1)=+247.0kJ·mol−1;
(1)①A.當10kPa≤≤25kPa時,由左圖的速率隨**的分壓變化圖可知,圖像爲一條直線,故斜率爲1,則m=l,故A正確;
B.由右圖的速率隨**的分壓變化圖可知,其他條件不變,增大,在的值爲25 Kpa時,速率值不再發生變化,故速率v不一定增大,故B正確;
C.由圖像可知,va>vb>vc, a和b的相等、根據公式,,由於va>vb ,ka>kb,三個點中c點值最小,故無法得出c點速率常數最小關係,故C錯誤;
*選AB;
②若初始時按n(CH4):n(CO2)=1:1進氣,則b點的化學反應速率,已知Kb=1.3×10-2mol·g-1·s-1·Kpa-2,CH4(g)+CO2(g)⇌2H2(g)+2CO(g),由圖像可知,當10kPa≤≤25kPa時,m=l,n=1, vb= =1.3×10-2mol·g-1·s-1·Kpa-2×400=5.2 mol·g-1·s-1;
(3) 反應l:CH4(g)+CO2(g)⇌2H2(g)+2CO(g)△H>0,正反應放熱,升高溫度,反應正向移動,CH4(g)的轉化率增大,則平衡時CH4(g)的轉化率爲98%的曲線爲1173K時的平衡曲線,60%的爲溫度923K時的平衡曲線,由曲線可知,923K時,CH4(g)的平衡轉化率α=60%,若平衡時體系的總壓強爲p0,設CH4和CO2的初始投入物質的量爲1mol,923K平衡時時,CH4(g)的平衡轉化率α=60%,列“三段式”:
平衡常數K923K==p02或1.265625 p02;
II.(4)①根據圖示,第二步反應的化學方程式爲CO2+Co3C+2H2⇌CH3COOH+3Co;
②根據圖示可知,第二步反應爲放熱反應,增大CH3COOH的平衡產率,即反應向正向移動,降低溫度反應向放熱的方向進行,從溫度角度考慮,第二步反應在低溫下進行;從H2濃度的角度考慮,反應一中*氣爲生成物,使反應正向進行,則應該減小*氣的濃度(或壓強),對於反應二,*氣爲反應物,可增大*氣的濃度(或壓強),促使平衡正向移動,使CH3COOH的平衡產率增大。
【點睛】
關於速率常數的理解是難點,需要學生結合圖像,分析清晰每一條曲線的意義,會用速率常數的公式進行計算。
知識點:化學反應中的能量變化
題型:綜合題