题目内容

【题目】COH2可作为能源和化工原料,应用十分广泛。常利用煤气化过程中生成的COH2来制备甲醇。

(1)请根据图示写出该反应的热化学方程式:_______________;图中使用催化剂曲线是_______(“a”“b”)。

(2)已知:C(s)+O2(g)=CO2(g) ΔH1=393.5 kJ/mol

C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) ΔH2=+131.3 kJ/mol

则反应CO(g)+H2(g)+O2(g)=H2O(g)+CO2(g)ΔH=______________kJ/mol

(3)反应CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g)的平衡常数随温度的变化如下表所示。

温度/

400

500

830

1000

平衡常数K

10

9

1

0.6

①从上表可以推断:此反应是__________(”)热反应。

②在830 ℃下,若开始时向恒容密闭容器中充入COH2O均为1 mol,则达到平衡后CO的转化率为___________________

(4)汽车排气管上的催化转化器发生如下反应:2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g) H<0,在一定温度下,将一定量的NOCO充入2 L固定容积的容器中,回答以下问题:

①能说明该反应达到平衡状态的是_____________(填字母标号)

A. 2v(NO)=v(N2) B. 混合气体的平均相对分子质量保持不变

C. 气体总压强不再变化 D. ΔH保持不变

E.混合气体的密度不再变化

②从反应开始到5 min,生成了0.08 mol N2,则5 minv(CO)=__________mol/(L·min)

25 min时,物质浓度变化如图所示,则改变的条件可能是________(填字母标号)

A. 缩小容器体积 B. 增加NO的浓度

C. 降低温度 D. 升高温度

【答案】CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g) H=-91 kJ/mol b -524.8 50% BC 0.016 mol/(L·min) D

【解析】

(1)根据反应物与生成物的总能量来分析吸热还是放热,并书写热化学反应方程式,催化剂降低反应活化能,但不改变反应热效应;

(2)根据①C(s)+O2(g)=CO2(g) H1=-393.5 kJ/mol

C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) H3=+131.3 kJ/mol

利用盖斯定律,将①-②可得反应CO(g)+H2(g)+O2(g)=H2O(g)+CO2(g)的反应热;

(3)①平衡常数随温度升高减小,说明升高温度,化学平衡逆向进行,逆反应是吸热反应,则该反应的正反应是放热反应;

②依据830℃的化学平衡常数的数值,结合平衡常数的含义计算一氧化碳的转化率;

(4)①根据平衡状态的特征是动态平衡,各物质的量不再随时间变化而变化,据此逐一分析判断;

②从反应开始到5 min,生成了N2 0.08 molCO的变化量是0.08 mol×2=0.16 mol,则5 min 内根据v(CO)=计算;

③平衡时一氧化碳的浓度增大,平衡向逆反应方向移动,

A.缩小容器体积平衡向正反应方向移动;

B.增增加NO的浓度平衡向正反应方向移动;

C.降低温度平衡向正反应方向移动;

D.升高温度平衡向逆反应方向移动。

(1)反应物的总能量为419 kJ,生成物的总能量为510 kJ,则该反应为放热反应,放出的热量为419 kJ-510 kJ=-91 kJ,热化学方程式为CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g) H=-91 kJ/mol;曲线b降低了反应活化能,应该是反应使用了催化剂,故合理选项是b

(2)根据①C(s)+O2(g)=CO2(g) H1=-393.5 kJ/mol

C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) H3=+131.3kJ/mol

利用盖斯定律,将①-②可得反应CO(g)+H2(g)+O2(g)=H2O(g)+CO2(g)H=-393.5kJ/mol-131.3kJ/mol=-524.8 kJ/mol

(3)①根据图表中平衡常数K与温度的关系,可知:温度升高化学平衡常数减小,说明升高温度,平衡逆向移动,逆反应是吸热反应,则该反应的正反应是放热反应;

②在830℃,平衡常数K=1,若开始时向恒容密闭容器中充入COH2O均为1 mol,设反应达到平衡一氧化碳反应物质的量为x,则根据方程式式中物质转化关系可知平衡时各种气体的物质的量n(CO)=n(H2O)=1-xn(H2)=n(CO2)=x=1,解得x=0.5 mol,所以达到平衡后CO的转化率=×100%=50%

(4)A.该反应达到平衡状态时应有v(NO)=2v(N2)A错误;

B.混合气体的相对分子质量不变,说明气体的总物质的量不变,反应达平衡状态,B正确;

C.气体总压强不变,说明气体的总物质的量不变,反应达平衡状态,C正确;

DH只与具体热化学方程式有关,与反应物的量的变化无关,无法判断反应达到平衡状态,D错误;

E.混合气体的体积和质量始终不变,因此混合气体的密度也始终不变,因此不能根据密度不再变化,判断反应是否达到平衡状态,E错误;

故合理选项是BC

②从反应开始到5 min,生成了N2 0.08 mol,则5 min v(CO)=×2=0.016 mol/(L·min)

③反应2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g) H<0的正反应为气体体积减小的放热反应,根据图象可知:平衡时一氧化氮的浓度增大,N2的浓度减小,平衡向逆反应方向移动。

A.缩小容器体积,化学平衡向正反应方向移动,A不符合题意;

B.增加NO的浓度平衡,化学平衡向正反应方向移动,B不符合题意;

C.降低温度,化学平衡向正反应方向移动,C不符合题意;

D.升高温度,化学平衡向吸热的逆反应方向移动,D符合题意;

故合理选项是D

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