题目内容
【题目】研究CO、CO2的回收对减少碳的排放、改善生态环境和构建生态文明具有重要的意义。回答下列问题:
(1)已知:①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH=99 kJ·mol1
②CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH=+41 kJ·mol1
则反应CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH=_________。
(2)向容积相同的三个恒容密闭容器中分别通入一定量H2、CO,控制适当条件使其发生反应:2H2(g)+CO(g)CH3OH(g),反应中有关数据如下表所示:
容器 | 温度/K | 物质的起始浓度/mol/L | 物质的平衡浓度/mol/L | |
c(H2) | c(CO) | c(CH3OH) | ||
A | 350 | 0.40 | 0.20 | 0.16 |
B | 350 | 0.80 | 0.40 | |
C | T | 0.40 | 0.20 | 0.05 |
反应从开始到达到平衡时,平均反应速率:容器A____容器C(填“>”或“<”,后同),容器B中CO的转化率____80%。
(3)①CO2和H2在一定条件下能发生如下反应:2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g) ΔH<0。向一恒压密闭容器中入1 mol CO2 和3 mol H2,容器中H2的平衡转化率α随温度、压强的变化如图所示。
X表示___(填“温度”或“压强”),状态A、B、C对应的平衡常数K(A)、K(B)、K(C)的相对大小顺序为_____。
②向M、N两个初始容积相同的密闭容器中各充入2 mol CO2 和6 mol H2,控制适当条件使其发生如下反应:2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g)ΔH<0。其中M为恒压容器,N为恒容容器,若维持两容器的温度相同,则平衡时混合气体平均相对分子质量较大的是______(填“M”或“N”)。
(4)用NaOH溶液做碳捕捉剂,在降低碳排放的同时也获得了重要的化工产品Na2CO3。常温下,若某次捕捉后得到pH=10的溶液,则溶液中c()∶c()=___________[K1(H2CO3)=4.4×107、K2(H2CO3)=5×1011],溶液中c(Na+)_______ c()+2c()(填“>”“<”或“=”)。
【答案】58 kJ·mol1 < > 温度 K(A)=K(B)>K(C) M 2︰1 >
【解析】
(1)根据盖斯定律计算;
(2)根据温度对反应速率的影响解答;根据压强对平衡状态的影响判断;
(3)①根据温度和压强对平衡状态和平衡常数的影响分析解答;
②根据压强对平衡状态的影响结合平均摩尔质量的含义判断;
(4)依据电离常数计算;根据电荷守恒分析解答。
(1)根据盖斯定律,用①+②式即可得到CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH=58 kJ·mol1。
(2)容器A、C中两种反应物起始量相同,平衡时C容器中CH3OH的浓度较A容器中的小,说明C容器中温度较高,其它条件相同时,温度高反应速率较快,即C容器中反应速率较大。A容器中CO的转化率为80%,B容器中反应可视为将A容器体积压缩一半,加压时有利于平衡正向移动,故B容器中CO的转化率大于80%,答案为:<;>。
(3)①因正反应放热,温度越高H2的平衡转化率越小,平衡常数越小,正反应是气体分子数目减小的反应,压强越大,H2的平衡转化率越大,故X表示温度、Y表示压强。又K只与温度有关,故K(A)=K(B)>K(C),答案为:温度;K(A)=K(B)>K(C)。
②正反应是气体分子数目减小的反应,因此反应开始后,N容器中压强小于M容器中的压强;压强越大越有利于平衡向右进行,达到平衡时容器中气体分子数目越少,混合气体平均摩尔质量越大,答案为:M。
(4)由+H2O +OH得:Kh==KW/Ka2,代入有关数据后可求出c()∶c()=2∶1。由电荷守恒原理得:c(Na+)+c(H+)=c()+2c()+c(OH),由于c(OH)>c(H+),故c(Na+)>c()+2c(),答案为:2:1;>。
【题目】目前工业上可利用CO或CO2来生产燃料甲醇,某研究小组对下列有关甲醇制取的三条化学反应原理进行探究。已知在不同温度下的化学反应平衡常数(K1、K2、K3)如下表所示:
化学反应 | 焓变 | 平衡常数 | 温度/℃ | ||
500 | 700 | 800 | |||
①2H2(g)+CO(g)CH3OH(g) | ΔH1 | K1 | 2.5 | 0.34 | 0.15 |
②CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) | ΔH2 | K2 | 1.0 | 1.70 | 2.52 |
③CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) | ΔH3 | K3 |
请回答下列问题:
(1)反应②是________(填“吸热”或“放热”)反应。
(2)根据反应①与②可推导出K1、K2与K3之间的关系,则K3=________(用K1、K2表示);根据反应③判断ΔS___0(填“>”、“=”或“<”),在______(填“较高”或“较低”)温度下有利于该反应自发进行。
(3)500℃时,测得反应③在某时刻,CO2(g)、H2(g)、CH3OH(g)、H2O(g)的浓度分别为0.1mol/L、0.8mol/L、0.3mo/L、0.15mol/L,则此时v正________v逆(填“>”、“=”或“<”)。