2004~2006年全国化学竞赛决赛物理化学试题.doc

Forpersonaluseonlyinstudyandresearch;mercialuse薀从2006-7-***化试剂的甲苯***化反应是石油化工中制备对二甲苯的重要方法之一,常用沸石分子筛为固体酸催化剂。该过程包含如下反应网络:薈[1]请回答其中有几个热力学上独立的化学反应。莃[2]若反应起始时体系中只有1摩尔甲醇和1摩尔甲苯,平衡时体系内对、间、邻二甲苯的含量分别为x,y,zmol,请写出反应1的平衡常数K1的表达式(以x,y,z表示)。羁[3]:蚀物质罿ΔfHmy(kJ×mol-1)肅Smy(J×mol-1×K-1)羄甲醇(气体)螀-(气体)(气体)芄-(气体)(气体)(气体)(假设表中数据不随温度变化),计算500K下反应1的平衡常数。膆答案:[1]反应网络中有3个热力学上相互独立的化学反应。(2分)莆[2]反应1平衡常数与对、间、邻二甲苯的含量x,y,z的关系式为:蒃(2分)肀[3]反应平衡常数的具体计算公式:袈(1分)膅(1分)薃(1分)蒁;(1分)薀=膈;(1分)蚃(计算过程4分,结果1分,共计5分)袂2006-8-::CH3CH2OH(g)+H2O(g)®4H2(g)+2CO(g):CH3CH2OH(g)+O2(g)®3H2(g)+2CO(g)螃从原子利用率的角度来看,哪条路线制氢更加有利?从热力学的角度看(),哪一条路线更有利?芃蝿ΔfHmy(kJ×mol-1)蚆Smy(J×mol-1×K-1)螃CH3CH2OH(g)-***(g)(g)-(g)-(g)(g)(g)-(g)-(g)-(g)--::CH3CH2OH(g)+2H2O(g)+O2(g)®5H2(g)+2CO2(g),请说明该路线在热力学上相对于a、b两条路线有哪些优势?莃8-(Water-GasShift,WGS)反应膀CO(g)+H2O(g)®CO2(g)+H2(g)蒇的偶合。由于路线b在低温下反应速率慢,乙醇利用率低,为了提高原料的反应速率,。薂[1]试问从热力学上看,该温度是否有利于WGS反应?葿[2]试问应采用什么措施既能保证乙醇利用率又能充分发挥WGS反应的作用?薈8-(如6×105Pa)条件下进行。简述理由。膆答案:8-1.(共12分)蚂从原子利用率的角度看,a路线较有利。(2分)袀因在α反应中:芀(1分)羅在b反应中:羆(1分)芁从热力学的角度看,b路线在热力学上有利。螈α反应:羈(过程2分,结果1分)肅b反应:蚂(过程2分,结果1分)蒀8-2.(共8分)螇c反应:膅(1分)膃(2分)羈a反应:[4×0+2(-)-(-)-(-)]薆=(1分)芅b反应:[3×0+2(-)-(-)-×0]芀=(1分)蚀因此c反应与a、b反应相比从吸热反应变为放热反应反应发生无需外界提供额外的能量。(1分)芅c反应更负,则平衡常数增大。(2分)莅8-3.(共12分)(过程2分,结果1分)(过程2分,结果1分)肂[1]高温不利于WGS反应的进行。(2分)衿[2]可将反应分为两段(2分),氧化反应在高温下反应,WGS反应在低温下进行(2分),这样有利于提高氢的平衡转化率。肆8-4.(共4分)薅由于反应前后气体分子数不变,加压不能改变反应平衡,但能提高设备利用效率,增加单位时间产量。蒂2005-第6题(8分)甲醛亦称“蚁醛”。含甲醛37~40%、甲醇8%的水溶液俗称“福尔马林”。甲醛是重要的有机合成原料,