碳及其化合物是重要的化工原料,但對氣候環(huán)境造成不良影響,需要綜合利用。
(1)工業(yè)上利用如下反應(yīng)制H2:CO(g)+H2O(g)?CO2(g)+H2(g)ΔH2=-41.2kJ?mol-1。
①在不同進氣比和不同溫度下(其他條件相同),測得相應(yīng)的CO平衡轉(zhuǎn)化率見表。
平衡點 |
a |
b |
c |
n(CO):n(H2O) |
0.5 |
0.5 |
1 |
CO平衡轉(zhuǎn)化率/% |
50 |
66.7 |
50 |
a點平衡混合物中H
2的體積分數(shù)
0.167
0.167
(保留3位有效數(shù)字),a、c兩點對應(yīng)的反應(yīng)溫度T
a>
>
T
c(填“<”“=”或“>”)。
②若在恒容絕熱的密閉容器中通入一定量的CO和H
2O發(fā)生此反應(yīng),下列說法表示該反應(yīng)達到最大限度的是
bc
bc
(填標(biāo)號)。
a.裝置內(nèi)的氣體無CO
b.裝置內(nèi)的壓強不再變化
c.H
2的體積分數(shù)不變
d.裝置內(nèi)氣體摩爾質(zhì)量不變
③一定溫度下,在3L容積可變的密閉容器中發(fā)生該反應(yīng),已知c(CO)隨時間t的變化曲線a如圖1所示,在t
1時刻改變一個條件,曲線a變?yōu)閎,則改變的條件是
加入催化劑
加入催化劑
。
(2)甲烷可用于制備合成氣:CH
4(g)+H
2O(g)=CO(g)+3H
2(g)ΔH。將CH
4(g)和H
2O(g)以物質(zhì)的量之比為1:3充入盛有催化劑的剛性容器中發(fā)生該反應(yīng)。相同時間段內(nèi)測得CO的體積分數(shù)(?)與溫度(T)的關(guān)系如圖2所示。T
0℃時,CO的體積分數(shù)最大的原因為
低于T0℃時,相同時間段內(nèi)溫度越高反應(yīng)速率越快,CO的體積分數(shù)越大;高于T0℃時,反應(yīng)達到平衡,該反應(yīng)為放熱反應(yīng),溫度越高CO的體積分數(shù)越?。豢赡苁荰0℃時催化劑的催化活性最高,反應(yīng)速率最快
低于T0℃時,相同時間段內(nèi)溫度越高反應(yīng)速率越快,CO的體積分數(shù)越大;高于T0℃時,反應(yīng)達到平衡,該反應(yīng)為放熱反應(yīng),溫度越高CO的體積分數(shù)越??;可能是T0℃時催化劑的催化活性最高,反應(yīng)速率最快
。
(3)以甲醇為主要原料,電化學(xué)合成碳酸二甲酯的工作原理如圖3所示。陽極的電極反應(yīng)式為
2CH3OH+CO-2e-=(CH3O)2CO+2H+
2CH3OH+CO-2e-=(CH3O)2CO+2H+
。
(4)工業(yè)廢氣中的CO
2可用氨水捕獲生成NH
4HCO
3溶液。常溫下NH
4HCO
3溶液中:c(
)
>
>
c(
)(填“>”、“<”或“=”);
+
+H
2O?NH
3?H
2O+H
2CO
3的平衡常數(shù)K=
1.25×10-3
1.25×10-3
。(已知常溫下NH
3?H
2O的電離平衡常數(shù)K
b=2×10
-5,H
2CO
3的電離平衡常數(shù)K
1=4×10
-7mol?L
-1、K
2=4×10
-11mol?L
-1)