题目内容
【题目】研究CO2的利用对促进低碳社会的构建具有重要的意义。
I.己知某些化学键的键能数据如下:
化学键 | C=O | C-O | C-H | H-H | O-H |
键能/kJ·mol-1 | a | b | c | d | e |
(1)CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) △H=____kJ/mol(用字母表示)。
II.将燃煤废气中的CO 转化为二甲醚的反应原理为:2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)
(2)已知在某压强下,该反应在不同温度、不同投料比时,达平衡时CO2的转化率如下图所示:
①该反应的△H_____0(填“>”或“<”)。
②700K,将4molH2和2molCO2投入2L恒容密闭容器中,反应经3min达到平衡,则CH3OCH3(g)在0~3min内的生成速率为_________。
(3)某温度下,向体积一定的密闭容器中通入CO2(g)与H2(g)发生上述反应,下列物理量不再发生变化时,能说明反应达到平衡状态的是_______。
A.二氧化碳的浓度 B.容器中的压强
C.气体的密度 D.CH3OCH3与H2O的物质的量之比
(4)某温度下,在体积可变的密闭容器中,改变起始时加入各物质的量,在不同的压强下,平衡时CH3OCH3(g)的物质的量如下表所示:
P1 | P2 | P3 | |
I.2.0molCO26.0molH2 | 0.10mol | 0.04mol | 0.02mol |
II.1.0molCH3OCH33.0molH2O | X1 | Y1 | Z1 |
①P3______P2(填“>”、“<”或“”);
②P2下,I中CH3OCH3的平衡转化率为_______。
III.在一定条件下,CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)。
(5)在1L密闭容器中若CO2(g)、H2(g)初始投料均为1mol,反应达平衡时CO在平衡混合气中的体积分数为25%,则该温度下该反应的平衡常数K=____。向此容器中再充入CO2(g)、H2(g)各0.5mol,则平衡_______(填“正向移动”、“逆向移动”或“不移动”)。
【答案】 2a+3d-b-3c-3e < 0.05mol·L-1·min-1 ABC < 96% 1 正向移动
【解析】I. 焓变=反应物的键能—生成物的总键能,CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ΔH=(2a+3d-b-3c-3e) kJ·mol-1;(2)①投料比相同时,升高温度CO2的转化率减小,该反应的ΔH <0;③700K,将4molH2和2molCO2投入2L恒容密闭容器中,投料比[n(H2)/n(CO2)] = 2,反应经3min达到平衡,由图可知CO2转化率为30%,则
2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O (g)
开始时浓度(mol/L) 1 2 0 0
改变的浓度(mol/L) 0.3 0.9 0.15 0.45
平衡时浓度(mol/L) 0.7 1.1 0.15 0.45
则CH3OCH3(g)在0~3min内的生成速率为 mol·L-1·min-1;(3)某温度下,向体积一定的密闭容器中通入CO2(g)与H2(g)发生上述反应,下列物理量不再发生变化时,能说明反应达到平衡状态的是根据化学平衡定义,反应物浓度不变达到平衡状态,选项A正确;该反应的气体物质的量为变量,所以在体积一定的密闭容器中,压强为变量,容器中的压强不变一定平衡,选项B正确;该反应有水生成,气体质量为变量,气体的密度为变量,密度不变一定平衡,选项C正确;CH3OCH3与H2O都是生成物,CH3OCH3与H2O的物质的量之比始终为1:3,故CH3OCH3与H2O的物质的量之比不变,不一定平衡,选项D错误。答案选ABC;(4)①2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(l),反应为气体体积减小的反应,增大压强平衡正向进行,从而导致生成物的量增大,图表中平衡时CH3OCH3(g)的物质的量可知P3<P2;②I起始量.2.0molCO2,6.0molH2 ,P2下平衡三行计算,
2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(l)
起始量(mol) 2 6 0 0
变化量(mol) 0.08 0.24 0.04
平衡量(mol) 1.92 5.76 0.04
逆向进行 2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(l)
起始量(mol) 0 0 1 3
变化量(mol) 1.92 5.76 0.96
平衡量(mol) 1.92 5.76 0.04
P2下Ⅲ中CH3OCH3的平衡转化率=×100%=96%;
(5)设CO2的转化率为x, CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)
起始量(mol) 1 1 0 0
变化量(mol) x x x x
平衡量(mol) 1-x 1-x x x
25%,则x=0.5mol,该温度下该反应的平衡常数K=
。向此容器中再充入CO2(g)、H2(g)各0.5mol,Q=
,则平衡正向移动。
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