题目内容
5.某温度,将2molCO与5molH2的混合气体充入容积为2L的密闭容器中,在催化剂的作用下发生反应:CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g);经过5min后,反应达到平衡,此时转移电子6mol.(1)该反应的平衡常数为3,若保持体积不变,再充入2molCO和1.5molCH3OH,此时v(正)v(逆)(填“>”、“<”或“=”).
(2)在其它条件不变的情况下,再增加2molCO与5molH2,达到新平衡时,CO的转化率:增大(填“增大”、“减小”或“不变”).
(3)下列不能说明该反应已达到平衡状态的是c d.
a.CH3OH的质量不变 b.混合气体的平均相对分子质量不再改变
c.v逆(CO)=2v正(H2) d.混合气体的密度不再发生改变
(4)在一定压强下,容积为VL的容器充入amolCO与2amolH2,在催化剂作用下反应生成甲醇,平衡转化率与温度、压强的关系如图所示:则P1小于P2(填“大于”、“小于”或“等于”,下同);该反应在低温
(填“高温”或“低温”)下能自发进行.
(5)能使该反应的反应速率增大,且平衡向正反应方向移动的是c.
a.及时分离除CH3OH气体 b.适当升高温度
c.增大H2的浓度 d.选择高效催化剂.
分析 (1)某温度,将2molCO与5molH2的混合气体充入容积为2L的密闭容器中,经过5min后,反应达到平衡,依据化学方程式可知转移电子4mol消耗CO物质的量为1mol,则此时转移电子6mol,消耗CO物质的量=$\frac{6mol}{4mol}$×1mol=1.5mol,结合化学平衡三段式列式计算
CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)
起始量(mol) 2 5 0
变化量(mol) 1.5 3 1.5
平衡量(mol)0.5 2 1.5
平衡浓度c(CO)=$\frac{0.5mol}{2L}$=0.25mol/L,c(H2)=$\frac{2mol}{2L}$=1mol/L,c(CH3OH)=$\frac{1.5mol}{2L}$0.75mol/L
平衡常数K=$\frac{生成物平衡浓度幂次方乘积}{反应物平衡浓度幂次方乘积}$;
若保持体积不变,再充入2molCO和1.5molCH3OH,计算此时浓度商Qc和平衡常数大小比较判断平衡的进行方向;
(2)在其它条件不变的情况下,再增加2molCO与5molH2,相当于增大压强,平衡正向进行;
(3)反应是气体体积减小的放热反应,反应达到平衡的标志是正逆反应速率相同,各组分含量保持不变,分析选项中变量不变说明反应达到平衡状态,否则不能达到平衡;
(4)相同温度下,同一容器中,增大压强,平衡向正反应方向移动,则CO的转化率增大,反应自发进行的判断依据是△H-T△S<0,满足此关系,分析反应的焓变和熵变大小分析判断;
(5)根据化学反应速率和化学平衡的影响因素进行判断,
A.及时分离除CH3OH,减少生成物浓度速率减小,平衡正向进行;
B.升高温度,平衡逆向移动,故速率增大;
C.增大H2的浓度,反应物浓度增大化学反应速率加快,平衡正向移动;
D.催化剂改变化学反应速率,平衡不移动.
解答 解:(1)某温度,将2molCO与5molH2的混合气体充入容积为2L的密闭容器中,经过5min后,反应达到平衡,依据化学方程式可知转移电子4mol消耗CO物质的量为1mol,则此时转移电子6mol,消耗CO物质的量=$\frac{6mol}{4mol}$×1mol=1.5mol,结合化学平衡三段式列式计算
CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)
起始量(mol) 2 5 0
变化量(mol) 1.5 3 1.5
平衡量(mol)0.5 2 1.5
平衡浓度c(CO)=$\frac{0.5mol}{2L}$=0.25mol/L,c(H2)=$\frac{2mol}{2L}$=1mol/L,c(CH3OH)=$\frac{1.5mol}{2L}$0.75mol/L
平衡常数K=$\frac{0.75}{0.25×1{\;}^{2}}$=3;
若保持体积不变,再充入2molCO和1.5molCH3OH,计算此时浓度商Qc=$\frac{\frac{(1.5+1.5)mol}{2L}}{\frac{(0.5+2)mol}{2L}×(1mol/L){\;}^{2}}$=1.2<3
说明平衡正向进行,此时v(正)>v(负);
故答案为:3;>;
(2)在其它条件不变的情况下,再增加2molCO与5molH2,相当于增大压强,CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g),反应是气体体积减小的反应,平衡正向进行,一氧化碳的转化率增大;
故答案为:增大;
(3)CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)△H<0,反应是气体体积减小的放热反应,反应达到平衡的标志是正逆反应速率相同,各组分含量保持不变,分析选项中变量不变说明反应达到平衡状态;
a.CH3OH的质量不变,物质的量不变,说明反应达到平衡状态,故a不符合;
b.反应前后气体质量不变,反应前后气体物质的量变化,当混合气体的平均相对分子质量不再改变,说明反应达到平衡状态,故b不符合;
c.反应速率之比等于化学方程式计量数之比,属于正反应速率之比,2v正(CO)=v正(H2),当满足2v逆(CO)=v正(H2)说明氢气的正逆反应速率相同,反应达到平衡状态,但v逆(CO)=2v正(H2)不能说明反应达到平衡状态,故c符合;
d.反应前后气体质量不变,容器体积不变,混合气体的密度始终不发生改变,不能说明反应达到平衡状态,故d符合;
故答案为:c d;
(4)相同温度下,同一容器中,增大压强,平衡向正反应方向移动,则CO的转化率增大,根据图象知,p1小于p2,温度升高一氧化碳转化率减小,说明升温平衡逆向进行,逆反应为吸热反应,正反应为放热反应,△H<0,CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)反应是气体体积减小的反应,△S<0,反应自发进行的判断依据是△H-T△S<0,满足此关系低温下能自发进行;
故答案为:小于;低温;
(5)CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)△H<0,反应是气体体积减小的放热反应,采取下列措施,其中能使该反应的反应速率增大,且平衡向正反应方向移动;
a.及时分离除CH3OH,减少生成物浓度,平衡正向进行,但反应速率减小,故错误;
b.升高温度,平衡逆向移动,故错误;
c.增大H2的浓度,化学反应速率加快,平衡正向移动,故正确;
d.选择高效催化剂,化学反应速率加快,平衡不移动,故错误,
故答案为:c.
点评 本题考查了化学平衡影响因素,反应速率、平衡常数概念计算应用,化学平衡标志的分析判断,掌握基础是解题关键,题目难度中等.
(1)检查气体发生装置A的气密性的操作是关闭止水夹b,打开活塞a,向分液漏斗中注水,若水不能顺利流下,则气密性良好.
(2)实验过程如下:
实验操作 | 实验现象 | 结论 |
打开活塞a,向圆底烧瓶中滴入适量浓盐酸;然后关闭活塞a,点燃酒精灯 | D装置中:溶液变红色;E装置中:水层溶液变黄色,振荡后CCl4层无明显变化 | Cl2、Br2、Fe3+氧化性由强到弱的顺序为Cl2>Br2>Fe3+ |
①为了探究溶液“红色慢慢褪去”的原因,进行如下实验.
取D中溶液于试管中,加入NaOH溶液,有红褐色沉淀生成,则溶液中一定存在Fe3+.取D中溶液于试管中,加入过量的KSCN溶液,最终得到红色溶液.实验证明“红色慢慢褪去”的原因是过量氯气和SCN-反应2SCN-+Cl2=2Cl-+(SCN)2,使SCN-浓度减小,则使Fe3++3SCN-?Fe(SCN)3平衡向逆反应方向移动而褪色.
②猜测SCN-可能被Cl2氧化了,又进行了如下研究.
资料显示:
SCN-的电子式为,认为SCN-中碳元素没有被氧化,理由是SCN-中碳元素是最高价态+4价.取D中溶液于试管中,加入用盐酸酸化的BaCl2溶液,产生白色沉淀,由此证明SCN-中被氧化的元素是硫元素.通过实验证明了SCN-中氮元素转化为NO3-,若SCN-与Cl2反应生成1mol CO2,则转移电子的物质的量是16mol.
(4)整套实验装置存在一处明显不足,请在下面的方框内画出相应的改进装置.
浓度 时间 | c(A)/mol•L-1 | c(B)/mol•L-1 | c(C)/mol•L-1 |
0 | 0.8 | 1.6 | 0 |
2min | 0.6 | x | 0.2 |
4min | 0.3 | 0.6 | 0.5 |
6min | 0.3 | 0.6 | 0.5 |
A. | 2~4 min内用B表示的平均反应速率为0.3 mol•L-1•min-1 | |
B. | 反应在第2 min时改变了条件,可能是加入了催化剂 | |
C. | 反应在第2 min时改变了条件,可能是增加了B的浓度 | |
D. | 若加入催化剂,平衡时气体混合物的总物质的量保持不变 |