工業(yè)上在催化劑作用下可利用CO合成甲醇:CO(g)+2H2(g) CH3OH(g),圖1表示反應(yīng)過(guò)程中能量的變化情況。
請(qǐng)回答下列問(wèn)題:
(1)在圖I中,曲線(xiàn)______(填“a”或“b”)表示使用了催化劑;該反應(yīng)屬于______(填“吸熱”或“放熱”)反應(yīng)。
(2)為探究外界條件對(duì)合成甲醇化學(xué)反應(yīng)速率的影響規(guī)律,某科技工作者設(shè)計(jì)了以下三組實(shí)驗(yàn),部分?jǐn)?shù)據(jù)已填人表中,請(qǐng)補(bǔ)充完整。
實(shí)驗(yàn)組 |
T/℃ |
起始濃度/mol•L-1 |
等質(zhì)量催化劑的 比表面積/m2•g-1 |
|
CO |
H2 |
|||
① |
280 |
1.20×10-3 |
5.80×10-3 |
82 |
② |
280 |
1.20×10-3 |
5.80×10-3 |
124 |
③ |
350 |
|
|
124 |
其中設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)組①和②的目的是______。
(3)“圖2”所揭示的規(guī)律是:在p1壓強(qiáng)達(dá)平衡時(shí)______;并請(qǐng)畫(huà)出在p2壓強(qiáng)下(p2 > p1)的曲線(xiàn)。
(4)在堿性條件下可將合成甲醇的反應(yīng)設(shè)計(jì)成原電池,則負(fù)極的電極反應(yīng)式為_(kāi)_____。
(15分)
(1)b(2分) 放熱(2分)
(2)1.20×10-3(1分) 5.80×10-3(1分) 探究等質(zhì)量催化劑的比表面積不同時(shí)對(duì)合成甲醇化學(xué)反應(yīng)速率的影響規(guī)律(2分,其它合理答案也給分)
(3)CO的轉(zhuǎn)化率隨溫度的升高而降低(2分)
(4)H2 —2e-+2OH-=2H2O(3分)
【解析】
試題分析:(1)讀圖1,催化劑能降低反應(yīng)的活化能,曲線(xiàn)a代表正或逆反應(yīng)的活化能高于曲線(xiàn)b,所以b表示使用了催化劑,a表示未使用催化劑;放熱反應(yīng)中反應(yīng)物總能量高于生成物總能量,吸熱反應(yīng)中反應(yīng)物總能量低于生成物總能量,圖中1molCO和2molH2的總能量高于1molCH3OH(g)的總能量,所以該反應(yīng)是放熱反應(yīng),△H=—91kJ/mol;(2)只改變一個(gè)變量進(jìn)行探究,才能更快得外界條件影響化學(xué)反應(yīng)速率的規(guī)律,這是設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的基本原則,實(shí)驗(yàn)②③的溫度分別是280℃、350℃,則CO和H2的起始濃度、等質(zhì)量催化劑的比表面積都應(yīng)該相同,所以CO和H2的起始濃度分別為1.20×10-3mol/L、5.80×10-3mol/L;實(shí)驗(yàn)①②的溫度、CO和H2的起始濃度都相同,等質(zhì)量催化劑的比表面積分別為82m2/g、124m2/g,所以這組實(shí)驗(yàn)的目的是探究等質(zhì)量催化劑的比表面積不同時(shí)對(duì)合成甲醇化學(xué)反應(yīng)速率的影響規(guī)律;(3)讀圖2,橫縱坐標(biāo)分別表示溫度、CO轉(zhuǎn)化率,當(dāng)壓強(qiáng)不變時(shí),曲線(xiàn)表示CO的轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而降低;當(dāng)溫度不變時(shí),由于正反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng),增大壓強(qiáng)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng),CO的平衡轉(zhuǎn)化率增大,由此推斷p2時(shí)曲線(xiàn)高于p1時(shí)曲線(xiàn);(4)反應(yīng)CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)中出碳元素由+2降為—2,氫元素由0升為+1,說(shuō)明CO得到電子,發(fā)生還原反應(yīng),而H2失去電子,發(fā)生氧化反應(yīng),因此負(fù)極的主要反應(yīng)物和產(chǎn)物是氫氣和水,由此先得出H2 —2e-→H2O;堿性條件下只能用氫氧根離子使左右電荷守恒,則H2 —2e-+2OH-→H2O;電極反應(yīng)式遵循質(zhì)量守恒定律,根據(jù)氫、氧原子個(gè)數(shù)守恒,則該電池負(fù)極反應(yīng)式為H2 —2e-+2OH-=2H2O。
考點(diǎn):考查化學(xué)反應(yīng)原理,涉及化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中體系能量變化圖與有無(wú)催化劑的關(guān)系、放熱反應(yīng)與吸熱反應(yīng)、控制變量設(shè)計(jì)探究實(shí)驗(yàn)方案、對(duì)比實(shí)驗(yàn)的目的、溫度和壓強(qiáng)對(duì)平衡移動(dòng)的影響規(guī)律、負(fù)極反應(yīng)式。
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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:
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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:閱讀理解
實(shí)驗(yàn)編號(hào) | T(℃) | n(CO)/n(H2) | P(MPa) | ||||
i | 150 |
|
0.1 | ||||
ii | 150 150 |
|
5 | ||||
iii | 350 |
|
5 |
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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:
一定條件 |
一定條件 |
FeBr3 |
FeBr3 |
催化劑 |
催化劑 |
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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:
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