题目内容

工业上利用CO和水蒸气在一定条件下发生反应制取氢气:CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)某研究小组分别在体积均为2L的恒容密闭容器中加入一定量的反应物,使其发生反应,相关数据如下:

容器编号
温度℃
起始量/mol
平衡量/mol
达到平衡的时间/min
达到平衡时体系能量的变化/kJ
CO
H2O
CO2
H2

650
1
2
0.4
0.4
5
16.4

650
2
4
 
 
t1
Q1

900
2
4
1.6
1.6
t2
Q2
(1)计算容器②中反应的平衡常数K=_____________(计算结果保留两位小数)。
(2)容器③中反应达平衡时,CO的转化率为____________。
(3)容器①中反应达平衡这段时间,化学反应速率=__________。
(4)该反应的正反应为_______(填“吸热”或“放热”)反应,理由是____________。
(5)下列叙述正确的是____________(填字母序号)。
a.平衡时,容器①和容器②中CO2的体积分数相等
b.反应达平衡状态时,Q2>Q1>32.8kJ
c.达到平衡的时间:t2>t1>2.5min
d.该反应的热化学方程式可表示为:CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) △H= -41kJ/mol

(1)0.17(2)80℅(3)0.04mol/L(4)吸热 升高温度,反应物的转化率增大。(5)a

解析试题分析:(1)化学平衡常数只跟反应温度有关,而与投料方式无关,对于①②化学平衡常数一样。K={C(CO2)·C(H2)}∕{C(CO)·C(H2O)}=(0.2×0.2) ∕{(0. 5-0.2) ×(1-0.2)}=1∕6=0.17.(2)对于容器③达到化学平衡时二氧化碳、氢气的平衡浓度为0.8mol∕L,则消耗的CO、 H2O的浓度也是0.8mol∕L。所以C(CO)(平衡)=(1-0.8)mol∕L=0.2 mol∕L;C(H2O)(平衡)=(2-0.8)mol∕L=1.2 mol∕L。 CO的转化率为:(0.8∕1)×100℅=80℅。(3)容器①中反应达平衡这段时间,化学反应速率V(H2)=ΔC(H2) ∕Δt={(0.4-0) mol∕2L}∕5min=0.04 mol∕(L·min) (4) 容器②假设CO转化浓度为X,K={C(CO2)·C(H2)}∕{C(CO)·C(H2O)}=X2 ∕{(1-X) ×(2-X)} =1∕6.解得X=0.4 mol∕L.所以CO转化率为:(0.4∕1)×100℅=40℅。容器②③只是温度不同,起始投料相同,但CO的转化率前者是40℅,后者是80℅。可见反应物的转化率增大。根据勒夏特列原理可知升高温度化学平衡向吸热方向移动。故正反应是吸热反应。(5) a.容器①和容器②中投料比例相同,反应又是在相同温度下进行,所以反应物的转化率相同,产物的含量即体积分数相同,正确。b.该反应是气体体积相等的可逆反应。改变压强平衡不移动。由于容器②的物质的量是①的2倍,所以能量转化也是①的2倍。即Q1=32.8kJ。容器③与②比较:③温度高升。升高温度化学平衡向正反应方向移动。转化时能量变化比②多。达平衡状态时,Q2>Q1所以反应达平衡状态时,Q2>Q1=32.8kJ。错误。c.在其它条件不变的情况下,增大反应物的浓度,化学反应速率越快;升高温度,化学反应速率越快,达到平衡所需时间就越短。所以达到平衡的时间:t2<t1<2.5min。错误。d.该反应的正反应是吸热反应。所以其热化学方程式应表示为:CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) △H= +41kJ/mol。错误。
考点:考查可逆反应的化学平衡常数、反应物的转化率、反应速率等问题的知识。

练习册系列答案
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工业上一般在恒容密闭容器中采用下列反应合成甲醇:
CO(g)+2H2(g)  CH3OH(g)+Q
(1)能判断反应达到平衡状态的依据是(填字母序号,下同)________。

A.生成CH3OH的速率与消耗CO的速率相等B.混合气体的密度不变
C.混合气体的平均相对分子质量不变D.CH3OH、CO、H2的浓度都不再发生变化
(2)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
0.270
0.012
 
①由表中数据判断该反应Q________(填“>”、“=”或“<”)0;
②某温度下,将2 mol CO和6 mol H2充入2 L的密闭容器中,充分反应后,达到平衡时测得c(CO)=0.2 mol/L,则CO的转化率为________,此时的温度为________。
(3)要提高CO的转化率,可以采取的措施是________。
a.升温;b.加入催化剂;c.增加CO的浓度;d.加入H2加压;e.加入惰性气体加压;f.分离出甲醇
(4)寻找合适的催化剂来改善上述合成甲醇的条件一直是研究课题。现分别对X、Y、Z三种催化剂进行如下实验(其他条件均相同):
①X在T1℃时催化效率最高,能使正反应速率加快约3×105倍;
②Y在T2℃时催化效率最高,能使正反应速率加快约3×105倍;
③Z在T3℃时催化效率最高,能使逆反应速率加快约1×106倍;
已知:T1>T2>T3,根据上述信息,你认为在生产中应该选择的适宜催化剂并简述理由:___________________________________________________。

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