问题描述:
工业上通常在恒容密闭容器中采用CO(g)和H
2(g)反应催化合成甲醇CH
3OH(g):(1)已知:①2CO(g)+O
2(g)=2CO
2(g)△H=-566.0kJ•mol
-1②2H
2(g)+O
2(g)=2H
2O(g)△H=-398.0kJ•mol
-1③2CH
3OH(g)+3O
2(g)=2CO
2(g)+4H
2O(g)△H=-1104.0kJ•mol
-1则CO(g)与H
2(g)合成CH
3OH(g)的热化学方程式是______.(2)据研究,反应过程中起催化作用的为CuO,反应体系中含少量CO
2有利于维持催化剂CuO的量不变,原因是:______ (用化学方程式表示).(3)判断反应达到平衡状态的依据是(填字母序号,下同)______.A.混合气体的密度不变B.混合气体的平均相对分子质量不变C.CH
3OH(g)、CO(g)、H
2(g)的浓度都不再发生变化D.生成CH
3OH(g)的速率与消耗CO(g)的速率相等(4)下表所列数据是反应在不同温度下的化学平衡常数(K).
温度 | 250℃ | 300℃ | 350℃ |
K | 2.041 | 0.250 | 0.012 |
某温度下,将2molCO(g)和6mol H
2(g)充入2L的密闭容器中,充分反应后,达到平衡时测得c(CO)=0.5mol/L,则CO(g)的转化率为______,此时的温度为______.(5)要提高CO(g)的转化率,可以采取的措施是______.A.升高温度 B.加入催化剂 C.增加CO(g)的浓度D.加入H
2(g)加压 E.分离出甲醇 F.加入惰性气体加压(6)一定条件下,在容积相同的三个密闭容器中,按不同方式投入反应物,保持恒温、恒容,测得反应达到平衡时的有关数据如下:
容器 | 甲 | 乙 | 丙 |
反应物投入量 | 1molCO 2molH2 | 1molCH3OH | 2molCH3OH |
平衡数据 | CH3OH的浓度(mol/L) | c1 | c2 | c3 |
反应的能量变化的绝对值(kJ) | a | b | c |
体系压强(Pa) | P1 | P2 | P3 |
反应物转化率 | α1 | α2 | α3 |
下列说法正确的是______.A.2c
1>c
3 B.a+b=129 C.2p
2<p
3 D.α
1+α
3<1.
最佳答案: (1)已知①2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)△H=-566.0kJ•mol-1,②2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)△H=-398.0kJ•mol-1,③2CH3OH(g)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(g)△H=-1104.0kJ•mol-1,根据盖斯定律:①×
+②-③×
得:CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g);△H=-129.0 kJ•mol-1;故答案为:CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g);△H=-129.0 kJ•mol-1;(2)在加热条件下CO能还原CuO使其减少,因此反应体系中含有少量二氧化有利于抑制反应向正反应方向移动,维持CuO的量不变,反应方程式为CuO+CO⇌Cu+CO2,故答案为:CuO+CO⇌Cu+CO2;(3)A.反应容器的体积不变,质量守恒,所以混合气体的密度始终不变,不能判断平衡状态,故A错误;B.反应后气体的物质的量减少,气体的质量不变,所以混合气体的平均相对分子质量逐渐减小,当混合气体的平均相对分子质量保持不变即是平衡状态,故B正确;C.CH3OH(g)、CO(g)、H2(g)的浓度都不再发生变化,即是平衡状态,故C正确;D.生成CH3OH(g)为正速率,消耗CO(g)的也为正速率,均为正速率,二者相等,不能说明达到平衡状态,故D错误;故答案为:BC;(4)某温度下,将2mol CO和6mol H2充入2L的密闭容器中,充分反应达到平衡后,测得c(CO)=0.5mol•L-1, CO(g)+2H2(g)⇌CH3 OH(g)起始量(mol/L) 1 3 0变化量(mol/L) 0.5 1 0.5平衡量(mol/L) 0.5 2 0.5则CO(g)的转化率为:
×100%=50%;平衡常数K=
=
=0.25;对比图表可知,反应是在310°C达到的平衡,故答案为:50%;310;(5)A.已知该反应为放热反应,升高温度,平衡逆移,CO的转化率减小,故A错误;B.加入催化剂,平衡不移动,则CO的转化率不变,故B错误;C.增加CO(g)的浓度,CO的转化率减小,故C错误;D.加入H2(g)加压,平衡正移,CO的转化率增大,故D正确;E.分离出甲醇,则平衡正移,CO的转化率增大,故E正确;F.加入惰性气体加压,由于容器的体积不变,各反应物的浓度不变,平衡不移动,CO的转化率不变,故F错误;故答案为:DE;(6)A、甲、丙相比较,把甲等效为开始加入1molCH3OH,丙中甲醇的物质的量为甲的2倍,压强增大,对于反应CH3OH(g)⇌CO(g)+2H2(g),平衡向生成甲醇的方向移动,故2c1<c3,故A错误;B、由题目可知生成1molCH3OH的能量变化129kJ,甲、乙平衡状态相同,令平衡时甲醇为nmol,对于甲容器,a=129n,对于乙容器b=129(1-n),故a+b=129,故B正确;C、比较乙、丙可知,丙中甲醇的物质的量为乙的2倍,压强增大,对于反应CH3OH(g)⇌CO(g)+2H2(g),平衡向生成甲醇的方向移动,故2p2>p3,故C错误;D、甲、乙处于相同的平衡状态,则α1+α2=1,由C的分析可知α2>α3,所以a1+a3<1,故D正确;故答案为:BD.
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