“潔凈煤技術(shù)”研究在世界上相當(dāng)普遍，科研人員通過向地下煤層氣化爐中交替鼓入空氣和水蒸氣的方法，連續(xù)產(chǎn)出了高熱值的煤炭氣，其主要成分是CO和H2。CO和H2可作為能源和化工原料，應(yīng)用十分廣泛。生產(chǎn)煤炭氣的反應(yīng)之一是：C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)−131.4 kJ。

（1）在容積為3L的密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng)，5min后容器內(nèi)氣體的密度增大了0.12g／L，用H2O表示0～5miin的平均反應(yīng)速率為_________________________。

（2）能說明該反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)的是________（選填編號）。

a．v正 (C)= v逆(H2O)    b．容器中CO的體積分?jǐn)?shù)保持不變

c．c(H2)=c(CO)        d．炭的質(zhì)量保持不變

（3）若上述反應(yīng)在t0時刻達(dá)到平衡(如圖)，在t1時刻改變某一條件，請在右圖中繼續(xù)畫出t1時刻之后正反應(yīng)速率隨時間的變化：

①縮小容器體積，t2時到達(dá)平衡(用實線表示)；

②t3時平衡常數(shù)K值變大，t4到達(dá)平衡(用虛線表示)。

（4）在一定條件下用CO和H2經(jīng)如下兩步反應(yīng)制得甲酸甲酯：

①CO(g) + 2H2(g)CH3OH(g)    ②CO(g) + CH3OH(g)HCOOCH3(g)

①反應(yīng)①中CO的平衡轉(zhuǎn)化率(α)與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系如圖所示。在不改變反應(yīng)物用量的情況下，為提高CO的轉(zhuǎn)化率可采取的措施是                                 。

②已知反應(yīng)①中CO的轉(zhuǎn)化率為80%，反應(yīng)②中兩種反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率均為85%，則5.04kgCO最多可制得甲酸甲酯         kg。

 

【答案】

(本題共10分) （1）0.002mol/(L·min)(2分) （2）b、d(2分) 

（3）（圖略，合理給分）①t1時突增的u正漸增至t2時保持不變；②t3時突增的u正漸減至t4時保持不變(各1分)

（4）①降溫、加壓；將甲醇從混合體系中分離出來(2分) ②4.08(2分)

【解析】

試題分析：（1）5min后容器內(nèi)氣體的密度增大了0.12g／L，因此氣體的質(zhì)量增加了0.12g/L×3L＝0.36g，根據(jù)方程式可知：C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)  △m↑

                         1mol                     12g

                         0.03mol                  0.36g

所以消耗水蒸氣的物質(zhì)的量濃度是0.03mol÷3L＝0.01mol/L，因此用H2O表示0～5miin的平均反應(yīng)速率為0.01mol/L÷5min＝0.002mol/(L·min)。

（2）在一定條件下，當(dāng)可逆反應(yīng)的正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率相等時（但不為0），反應(yīng)體系中各種物質(zhì)的濃度或含量不再發(fā)生變化的狀態(tài)，稱為化學(xué)平衡狀態(tài)。a．碳是固體，不能用來表示，a不正確；b．容器中CO的體積分?jǐn)?shù)保持不變，說明反應(yīng)得到平衡狀態(tài)，b正確；c．c(H2)=c(CO)，但沒有指明反應(yīng)的方向，所以可逆反應(yīng)不一定達(dá)到平衡狀態(tài)，c不正確；d．炭的質(zhì)量保持不變，說明正逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，d正確，答案選bd。

（3）①縮小容器體積，壓強(qiáng)增大，反應(yīng)速率增大。正方應(yīng)是體積增大的可逆反應(yīng)，所以平衡向逆反應(yīng)方向移動，即正反應(yīng)速率逐漸增大到鋅平衡，因此曲線可以表示為。

②t3時平衡常數(shù)K值變大，說明平衡向正反應(yīng)方向移動。正方應(yīng)是吸熱反應(yīng)，所以改變的條件是升高溫度，因此正反應(yīng)速率增大，然后逐漸減小到新平衡狀態(tài)，所以曲線可以表示為。

（4） ①根據(jù)圖像可知，在壓強(qiáng)相同時，溫度越高，CO的轉(zhuǎn)化率越低，這說明升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動，因此正方應(yīng)是放熱反應(yīng)。溫度相同時，壓強(qiáng)越大，CO的轉(zhuǎn)化率越高，所以為提高CO的轉(zhuǎn)化率可采取的措施是降溫、加壓或?qū)⒓状紡幕旌象w系中分離出來。

②5.04kgCO的物質(zhì)的量是5040g÷28g/mol＝180mol。設(shè)參加反應(yīng)①的CO物質(zhì)的量是x，則參加反應(yīng)②的CO物質(zhì)的量是180mol－x。反應(yīng)①中CO的轉(zhuǎn)化率為80%，則反應(yīng)中生成的甲醇物質(zhì)的量是0.8x。在反應(yīng)②中兩種反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率均為85%，則0.8x×0.85＝(180mol－x)×0.85，解得x＝100mol，所以實際生成的甲酸甲酯的物質(zhì)的量是0.8x×0.85＝68mol，其質(zhì)量是68mol×60g/mol＝4080g＝4.08kg。

考點：考查可逆反應(yīng)平衡狀態(tài)判斷、外界條件對平衡狀態(tài)和反應(yīng)速率的影響以及反應(yīng)速率和產(chǎn)率的有關(guān)計算等

 

練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目：高中化學(xué) 來源： 題型：

Ⅰ．以硫鐵礦為原料制取硫酸的生產(chǎn)中排出的廢水對環(huán)境危害極大．酸性廢水中砷元素含量極高，為控制砷的排放，采用化學(xué)沉降法處理含砷廢水，相關(guān)數(shù)據(jù)如下表．
表1．幾種砷酸鹽的Ksp  
難溶物 Ksp
Ca3（AsO4）2 6.8×10-19
AlAsO4 1.6×10-16
FeAsO4 5.7×10-21
表2．工廠污染物排放濃度及允許排放標(biāo)準(zhǔn)
污染物 H2SO4 As元素
濃度 28.42g/L 1.6g?L-1
排放標(biāo)準(zhǔn) pH 6～9 0.5mg?L-1
回答以下問題：
（1）該硫酸工廠排放的廢水中硫酸的物質(zhì)的量濃度c（H2SO4）=
0.29
0.29
 mol?L-1．
（2）寫出難溶物Ca3（AsO4）2的Ksp表達(dá)式：Ksp[Ca3（AsO4）2]=
c3（Ca2+）?c2 （AsO43-）
c3（Ca2+）?c2 （AsO43-）
，若混合溶液中Al3+、Fe3+的濃度均為1.0×10-4mol?L-1，c（AsO43-）的最大是
5.7×10-17
5.7×10-17
mol?L-1．

Ⅱ．“潔凈煤技術(shù)”研究在世界上相當(dāng)普遍，科研人員通過向地下煤層氣化爐中交替鼓入空氣和水蒸氣的方法，連續(xù)產(chǎn)出了熱值高達(dá)122500～16000kJ?m-3的煤炭氣，其主要成分是CO和H2．CO和H2可作為能源和化工原料，應(yīng)用十分廣泛．
已知：①C（s）+O2（g）=CO2（g）△H1=-393.5kJ?mol-1
②2H2（g）+O2（g）=2H2O（g）△H2=-483.6kJ?mol-1
③C（s）+H2O（g）=CO（g）+H2（g）△H3=+131.3kJ?mol-1
則反應(yīng)CO（g）+H2（g）+O2（g）=H2O（g）+CO2（g），△H=
-524.8
-524.8
kJ?mol-1．
標(biāo)準(zhǔn)狀況下的煤炭氣（CO、H2）33.6L與氧氣完全反應(yīng)生成CO2和H2O，反應(yīng)過程中轉(zhuǎn)移
3
3
mol e-．

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科目：高中化學(xué) 來源： 題型：閱讀理解

（2012?門頭溝區(qū)一模）“富煤、貧油、少氣”是我國能源發(fā)展面臨的現(xiàn)狀．隨著能源的日益緊張，發(fā)展“煤化工”對我國能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整具有重要意義．下圖是煤化工產(chǎn)業(yè)鏈之一．

“潔凈煤技術(shù)”研究在世界上相當(dāng)普遍，科研人員通過向地下煤層氣化爐中交替鼓入空氣和水蒸氣的方法，連續(xù)產(chǎn)出熱值很高的煤炭合成氣，其主要成分是CO和H2．CO和H2可作為能源和化工原料，應(yīng)用十分廣泛．
（1）已知：
C（s）+O2（g）=CO2（g）△H1=-393.5kJ/mol①
C（s）+H2O（g）=CO（g）+H2（g）△H2=+131.3kJ/mol②
則反應(yīng)CO（g）+H2（g）+O2（g）=H2O（g）+CO2（g），△H=
-524.8
-524.8
kJ/mol．在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，33.6L的煤炭合成氣與氧氣完全反應(yīng)生成CO2和H2O，反應(yīng)過程中轉(zhuǎn)移
3
3
mol e-．
（2）在一恒容的密閉容器中，由CO和H2合成甲醇：CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）
①下列情形能說明上述反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)的是
ad
ad

a．體系壓強(qiáng)保持不變
b．密閉容器中CO、H2、CH3OH（g）3種氣體共存
c．CH3OH與H2物質(zhì)的量之比為1：2
d．每消耗1mol CO的同時生成2molH2
②CO的平衡轉(zhuǎn)化率（α）與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系如下圖所示．

A、B兩點的平衡常數(shù)
一樣
一樣
（填“前者”、“后者”或“一樣”）大；達(dá)到A、C兩點的平衡狀態(tài)所需的時間tA
大于
大于
tC（填“大于”、“小于”或“等于”）．在不改變反應(yīng)物用量的情況下，為提高CO的轉(zhuǎn)化率可采取的措施是
降溫、加壓、將甲醇從混合體系中分離出來
降溫、加壓、將甲醇從混合體系中分離出來
（答出兩點即可）．
（3）工作溫度650℃的熔融鹽燃料電池，是用煤炭氣（CO、H2）作負(fù)極燃?xì)�，空氣與CO2的混合氣體為正極燃?xì)猓靡欢ū壤腖i2CO3和Na2CO3低熔點混合物做電解質(zhì)，以金屬鎳（燃料極）為催化劑制成的．負(fù)極的電極反應(yīng)式為：CO+H2-4e-+2CO32-=3CO2+H2O；則該電池的正極反應(yīng)式為
O2+4e-+2CO2=2CO32-
O2+4e-+2CO2=2CO32-
．

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科目：高中化學(xué) 來源：2011-2012學(xué)年湖南師大附中高二12月階段檢測化學(xué)試卷 題型：填空題

(14分) “潔凈煤技術(shù)”研究在世界上相當(dāng)普遍，科研人員通過向地下煤層氣化爐中交替鼓入空氣和水蒸氣的方法，連續(xù)產(chǎn)出了熱值高達(dá)122500~16000 kJ·m-3的煤炭氣，其主要成分是CO和H2。CO和H2可作為能源和化工原料，應(yīng)用十分廣泛。
（1）已知：
C(s)+O2(g)=CO2(g)　　　ΔH1＝—393.5 kJ·mol-1　　�、�
2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)　　ΔH2＝—483.6 kJ·mol-1　　 ②
C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)　ΔH3＝＋131.3 kJ·mol-1　 ③
則反應(yīng)CO(g)+H2(g) +O2(g)= H2O(g)+CO2(g)，ΔH= 　　　　　　kJ·mol-1。標(biāo)準(zhǔn)狀況下的煤炭氣（CO、H2）33.6 L與氧氣完全反應(yīng)生成CO2和H2O，反應(yīng)過程中轉(zhuǎn)移　　　　mol e-。
（2）工作溫度650℃的熔融鹽燃料電池，是用煤炭氣（CO、H2）作負(fù)極燃?xì)�，空氣與CO2的混合氣體在正極反應(yīng)，用一定比例的Li2CO3和Na2CO3低熔點混合物做電解質(zhì)，以金屬鎳（燃料極）為催化劑制成的。負(fù)極的電極反應(yīng)式為：CO+H2-4e-+2CO32-=3CO2+H2O；則該電池的正極反應(yīng)式為　　                            　　　。
（3）密閉容器中充有10 mol CO與20 mol H2，在催化劑作用下反應(yīng)生成甲醇：CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)；CO的平衡轉(zhuǎn)化率（α）與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系如右圖所示。
①若A、B兩點表示在某時刻達(dá)到的平衡狀態(tài)，此時在A點時容器的體積為VAL，則該溫度下的平衡常數(shù)K=　　             　　　；A、B兩點時容器中物質(zhì)的物質(zhì)的量之比為n(A)總：n(B)總=　　 　　　。
②若A、C兩點都表示達(dá)到的平衡狀態(tài)，則自反應(yīng)開始到達(dá)平衡狀態(tài)所需的時間tA　　 　　　tC（填“大于”、“小于”或“等于”）。
③在不改變反應(yīng)物用量的情況下，為提高CO的轉(zhuǎn)化率可采取的措施是　    　　。
A 降溫     B 加壓     C 使用催化劑    D 將甲醇從混合體系中分離出來

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科目：高中化學(xué) 來源：2015屆安微省池州市高二上學(xué)期期中考試化學(xué)試卷試卷（解析版） 題型：填空題

“潔凈煤技術(shù)”研究在世界上相當(dāng)普遍，科研人員通過向地下煤層氣化爐中交替鼓入空氣和水蒸氣的方法，連續(xù)產(chǎn)出了熱值高達(dá)122500~16000 kJ·m-3的煤炭氣，其主要成分是CO和H2。CO和H2可作為能源和化工原料，應(yīng)用十分廣泛。

（1）已知：C(s)+O2(g)=CO2(g)   ΔH1＝—393.5 kJ·mol-1   ①

2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)  ΔH2＝—483.6 kJ·mol-1   ②

C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) ΔH3＝＋131.3 kJ·mol-1   ③

則反應(yīng)CO(g)+H2(g) +O2(g)= H2O(g)+CO2(g)，ΔH=     kJ·mol-1。標(biāo)準(zhǔn)狀況下的煤炭氣（CO、H2）33.6 L與氧氣完全反應(yīng)生成CO2和H2O，反應(yīng)過程中轉(zhuǎn)移    mol e-。

（2）密閉容器中充有10 mol CO與20 mol H2，在催化劑作用下反應(yīng)生成甲醇：CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)；CO的平衡轉(zhuǎn)化率（α）與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系如圖所示。

①若A、B兩點表示在某時刻達(dá)到的平衡狀態(tài)，此時在A點時容器的體積為VAL，則該溫度下的平衡常數(shù)K=                   ；A、B兩點時容器中物質(zhì)的物質(zhì)的量之比為n(A)總：n(B)總=      。

②若A、C兩點都表示達(dá)到的平衡狀態(tài)，則自反應(yīng)開始到達(dá)平衡狀態(tài)所需的時間tA      tC（填“大于”、“小于”或“等于”）。

③在不改變反應(yīng)物用量的情況下，為提高CO的轉(zhuǎn)化率可采取的措施是        。

A.降溫     B.加壓     C.使用催化劑    D.將甲醇從混合體系中分離出來

 

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科目：高中化學(xué) 來源：2013屆湖南師大附中高二12月階段檢測化學(xué)試卷 題型：填空題

(14分) “潔凈煤技術(shù)”研究在世界上相當(dāng)普遍，科研人員通過向地下煤層氣化爐中交替鼓入空氣和水蒸氣的方法，連續(xù)產(chǎn)出了熱值高達(dá)122500~16000 kJ·m-3的煤炭氣，其主要成分是CO和H2。CO和H2可作為能源和化工原料，應(yīng)用十分廣泛。

（1）已知：

    C(s)+O2(g)=CO2(g)　　　ΔH1＝—393.5 kJ·mol-1　　�、�

    2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)　　ΔH2＝—483.6 kJ·mol-1　　 ②

    C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)　ΔH3＝＋131.3 kJ·mol-1　  ③

則反應(yīng)CO(g)+H2(g) +O2(g)= H2O(g)+CO2(g)，ΔH= 　　　　　　kJ·mol-1。標(biāo)準(zhǔn)狀況下的煤炭氣（CO、H2）33.6 L與氧氣完全反應(yīng)生成CO2和H2O，反應(yīng)過程中轉(zhuǎn)移　　　　mol e-。

（2）工作溫度650℃的熔融鹽燃料電池，是用煤炭氣（CO、H2）作負(fù)極燃?xì)�，空氣與CO2的混合氣體在正極反應(yīng)，用一定比例的Li2CO3和Na2CO3低熔點混合物做電解質(zhì)，以金屬鎳（燃料極）為催化劑制成的。負(fù)極的電極反應(yīng)式為：CO+H2-4e-+2CO32-=3CO2+H2O；則該電池的正極反應(yīng)式為　　                             　　　。

（3）密閉容器中充有10 mol CO與20 mol H2，在催化劑作用下反應(yīng)生成甲醇：CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)；CO的平衡轉(zhuǎn)化率（α）與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系如右圖所示。

①若A、B兩點表示在某時刻達(dá)到的平衡狀態(tài)，此時在A點時容器的體積為VAL，則該溫度下的平衡常數(shù)K=　　              　　　；A、B兩點時容器中物質(zhì)的物質(zhì)的量之比為n(A)總：n(B)總=　　 　　　。

②若A、C兩點都表示達(dá)到的平衡狀態(tài)，則自反應(yīng)開始到達(dá)平衡狀態(tài)所需的時間tA　　 　　　tC（填“大于”、“小于”或“等于”）。

③在不改變反應(yīng)物用量的情況下，為提高CO的轉(zhuǎn)化率可采取的措施是　     　　。

A 降溫     B 加壓     C 使用催化劑    D 將甲醇從混合體系中分離出來

 

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