第2节《化学反应的限度》实验题、计算题、简答题专题训练
1.(16分)二甲醚是重要的有机中间体,利用二氧化碳加氢合成二甲醚能变废为宝,且可替代汽油作为新型清洁燃料。
(1)常温常压下,二氧化碳加氢可选择性生成二甲醚或一氧化碳:
①CO2 (g)+3H2(g)=CH3OH(l)+H2O(l) △H1 =-55.7 kJ/mol
②2CH3OH(l) = CH3OCH3(g)+H2O (l) △H2 =-23.4 kJ/mol
③CO2 (g)+3H2(g) =CO (g) + H2O (l) △H 3>0
则CO2(g)加氢转化为CH3OCH3(g)和H2O (l)的热化学方程式是___________________________________________________。
(2)合成二甲醚往往选用硅铝混合物作催化剂,硅铝比例不同,生成二甲醚或一氧化碳的物质的量分数不同。下图是硅铝比与产物选择性图:
反应③的平衡常数表达式为 ,图中A点和B点的平衡常数比较:KA______KB(填“>、=、<”)。根据以上两条曲线,写出其中一条变化规律: ___________________。
(3)在280oC时,向一个2L的密闭容器中加入等量2mol二氧化碳和氢气, A点二甲醚的浓度为0.15 mol•L-1,计算在A点二氧化碳的转化率,要求写出计算过程。
(4)二甲醚逐渐发展为替代汽油的清洁燃料,在二甲醚燃料电池中,二甲醚通入______极,碱性条件下,该电极反应式是 。
【答案】(1)2CO2(g)+6H2(g) = CH3OCH3(g)+3 H2O(l) △H =-134.8kJ/mol (3分)
(2)K= (2分) “=” (2分)
a.温度越高,二甲醚的选择性越大;b.低温时硅铝比对二甲醚的选择性影响不大,高温时随着硅铝比增大,二甲醚的选择性先增大后减小。(其它正确答案均可得分,2分)
(3)起始状态c(H2)=c(CO2)=2mol/2L=1mol/L
2CO2+6H2=CH3OCH3+ 3H2O
c(起始) 1.00mol/L 1.00mol/L 0 0
c(转化) 0.30mol/L 0.90mol/L 0.15mol/L 0.45mol/L
c(平衡) 0.70mol/L 0.10mol/L 0.15mol/L 0.45mol/L
CO2的转化率= (2分,答案正确且有过程均给2分)
(4)负 (2分) CH3OCH3+16OH--12e-═2CO32-+11H2O (3分,配平错误只扣1分)
【解析】
试题分析:(1)CO2(g)加氢转化为CH3OCH3(g)和H2O (l)的热学方程式2CO2(g)+6H2(g)= CH3OCH3(g)+3H2O(l),根据盖斯定律,分析反应①、②及该反应的关系可知,将①式乘以2并加上②式可得该反应,故△H =2△H1+△H2=-23.4 kJ/mol ×2+(-55.7 kJ/mol)=-134.8kJ/mol;(2)反应③中的生成物水是纯液体,浓度为常数,故平衡常数表达式为: K= ;平衡常数只受温度影响,图中280oC下的A点和B点的平衡常数相等;从图中两条曲线的变化趋势及对比情况可以看出:230oC的曲线变化相对平缓,280oC的曲线变化程度较大且先升后降,280oC二甲醚物质的量分数较大,温度升高,二甲醚的物质的量浓度的变化受影响的程度也有所改变等,故可以概括为:a.温度越高,二甲醚的选择性越大;b.低温时硅铝比对二甲醚的选择性影响不大,高温时随着硅铝比增大,二甲醚的选择性先增大后减小;等等。
(3)依题意可知,起始状态c(H2)=c(CO2)=2mol/2L=1mol/L
2CO2 + 6H2 = CH3OCH3 + 3 H2O
c(起始) 1.00mol/L 1.00mol/L 0 0
c(转化) 0.30mol/L 0.90mol/L 0.15mol/L 0.45mol/L
c(平衡) 0.70mol/L 0.10mol/L 0.15mol/L 0.45mol/L
CO2的转化率=
(4)在二甲醚燃料电池中,二甲醚作为燃料,氧气作为氧化剂,故二甲醚应通入负极,碱性条件下,燃料电池中负极上燃料失