题目内容
【题目】将4molSO2与2molO2的混合气体分别置于容积相等的甲、乙两容器中,发生反应:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g);△H<0,在相同温度下使其均达到平衡状态。甲是恒压容器,乙是恒容容器。甲容器达到平衡状态时,测得混合气体的物质的量为4.2mol;乙容器经50s达到平衡状态.请回答:
(1)甲容器达到平衡时SO2的转化率是_______,其所需时间___50s(填“>”、“<”或“=”)。
(2)达到平衡状态后,要使甲、乙两容器中SO2的物质的量相等,可采取的措施是___(填字母)。
A.保持温度不变,适当扩大甲容器的容积
B.保持容积不变,使乙容器升温
C.保持容积和温度不变,向乙容器中加入适量SO3(g)
D.保持容积和温度不变,向甲容器中加入适量SO3(g)
【答案】90%<AD
【解析】
(1)设参加反应的二氧化硫物质的量为x,
2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) 物质的量减少
2mol 1mol
x (4+2-4.2)mol
2mol:1mol=x:(4+2-4.2)mol,解得:x==3.6mol,二氧化硫转化率=×100%=90%,恒容条件下该反应的正反应是气体体积减小的反应,随着反应的进行,气体物质的量减小,气体压强减小,甲是恒压条件下反应,所以反应过程中甲中压强大于乙,增大压强平衡正向移动;压强越大反应速率越大,反应到达平衡的时间越短,甲中压强大于乙导致甲反应速率大于乙,所以乙所用时间长,故答案为:90%;<;
(2)到达平衡后,甲中二氧化硫物质的量小于乙,要使两个容器中二氧化硫物质的量相等,可以使甲的平衡逆向移动或乙的平衡正向移动。A.保持温度不变,适当扩大甲容器的容积,减小压强,平衡逆向移动,故正确;B.保持容积不变,使乙容器升温,平衡逆向移动,导致两个容器中二氧化硫物质的量不等,故错误;C.保持容积和温度不变,向乙容器中加入适量SO3(g),平衡逆向移动,二氧化硫物质的量增大,所以两个容器中二氧化硫物质的量不可能相等,故错误;D.保持容积和温度不变,向甲容器中加入适量SO3(g),平衡逆向移动,二氧化硫物质的量增大,所以两个容器中二氧化硫物质的量可能相等,故正确;故选AD。
【题目】(1)2017年中科院某研究团队通过设计一种新型Na-Fe3O4/HZSM-5多功能复合催化剂,成功实现了CO2直接加氢制取辛烷值汽油,该研究成果被评价为“CO2催化转化领域的突破性进展”。
已知:H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l) ΔH1 = -aKJ/mol
C8H18(1)+25/2O2(g)=8CO2(g)+9H2O(1) ΔH2= -bKJ/mol
试写出25℃、101kPa条件下,CO2与H2反应生成汽油(以C8H18表示)的热化学方程式_________________________________。
(2)利用CO2及H2为原料,在合适的催化剂(如Cu/ZnO催化剂)作用下,也可合成CH3OH,涉及的反应有:
甲:CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) △H= — 53.7kJ·mol-1 平衡常数K1
乙:CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) △H= + 41.2kJ·mol-1 平衡常数K2
①CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)的平衡常数K=______(用含K1、K2的表达式表示),该反应△H_____0(填“大于”或“小于”)。
②提高CO2转化为CH3OH平衡转化率的措施有___________(填写两项)。
③催化剂和反应体系的关系就像锁和钥匙的关系一样,具有高度的选择性。下列四组实验,控制CO2和H2初始投料比均为1:2.2,经过相同反应时间(t1min)。
温度(K) | 催化剂 | CO2转化率(%) | 甲醇选择性(%) | 综合选项 |
543 | Cu/ZnO纳米棒材料 | 12.3 | 42.3 | A |
543 | Cu/ZnO纳米片材料 | 11.9 | 72.7 | B |
553 | Cu/ZnO纳米棒材料 | 15.3 | 39.1 | C |
553 | Cu/ZnO纳米片材料 | 12.0 | 70.6 | D |
由表格中的数据可知,相同温度下不同的催化剂对CO2的转化为CH3OH的选择性有显著影响,根据上表所给数据结合反应原理,所得最优选项为___________(填字母符号)。
(3)以CO、H2为原料合成甲醇的反应为:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)。在体积均为2L的三个恒容密闭容器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中,分别都充入1molCO和2molH2,三个容器的反应温度分别为T1、T2、T3且恒定不变。下图为三个容器中的反应均进行到5min时H2的体积分数示意图,其中有一个容器反应一定达到平衡状态。
①0~5min时间内容器Ⅱ中用CH3OH表示的化学反应速率为_________________。
②三个容器中一定达到平衡状态的是容器________(填写容器代号)。