题目内容
甲醇是一种可再生能源,具有广泛的开发和应用前景,工业上合成甲醇一般 采用下列反应:CO(g)+2H2(g)
CH3OH(g)请回答下列问题:
(1)该反应的平衡常数表达式为k=
(2)在t0C时,将2mol CO和6mol H2充入2L的密闭容器中,充分反应达到平衡后,测得C(CH3OH)=O.5mol/l,该反应的平衡常数为 .在温度和容积不变的情况下,再向该容器中充入1mol CO、4mol H2,xmol CH3OH(g),要使平衡不向逆反应方向移动,x 的取值范围是 .
(3)已知:
CH3OH(g)+O2═
CO2(g)+2H2O(l)△H=-764.5kJ/mol
CO(g)+
O2(g)═CO2(g)△H=-283.0kJ/mol
H2(g)+
O2(g)═H2O(l)△H=-285.8kJ/mol
则CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)的反应热△H=
(4)在容积固定的密闭容器中发生上述反应,各物质的浓度随时间变化情况如表:
①反应从2mhi到4min之间,反应速率V(H2)=
②反应达平衡时CO的转化率为
③反应在第2min时改变了反应条件改变的条件可能是 (填序号).
a.使用催化剂 b.降低温度c.增加H2的浓度.
催化剂 |
高温、高压 |
(1)该反应的平衡常数表达式为k=
(2)在t0C时,将2mol CO和6mol H2充入2L的密闭容器中,充分反应达到平衡后,测得C(CH3OH)=O.5mol/l,该反应的平衡常数为
(3)已知:
CH3OH(g)+O2═
3 |
2 |
CO(g)+
1 |
2 |
H2(g)+
1 |
2 |
则CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)的反应热△H=
(4)在容积固定的密闭容器中发生上述反应,各物质的浓度随时间变化情况如表:
浓度/mol.L-1 时间/min |
c(CO) | C(H2) | C(CH3OH) |
O | 1.0 | 2.0 | O |
2 | 0.8 | 0.2 | |
4 | 1.0 | 0.5 | |
6 | 1.0 | 0.5 |
②反应达平衡时CO的转化率为
③反应在第2min时改变了反应条件改变的条件可能是
a.使用催化剂 b.降低温度c.增加H2的浓度.
分析:(1)K=
;
(2)平衡后,测得C(CH3OH)=O.5mol/l,则生成的n(CH3OH)=0.5mol/L×2L=1mol,根据甲醇和氢气、一氧化碳的关系式知,平衡时氢气和一氧化碳的浓度分别为:c(CO)=
=0.5mol/L,c( H2)=
=2mol/L,根据化学平衡常数公式计算该温度下的平衡常数;
如果加入这些物质后其浓度商等于化学平衡常数,则平衡不移动;
(3)根据盖斯定律进行计算焓变;
(4)①先计算甲醇的反应速率,再根据同一可逆反应中,同一时间段内,各物质的反应速率之比等于其计量数之比计算氢气的反应速率;
②根据反应物、生成物浓度知,当反应达到第4min时,该反应达到平衡状态,先确定甲醇浓度的变化量,再根据原子守恒知,甲醇浓度的变化量等于一氧化碳浓度的变化量,最后根据转化率公式计算其转化率;
③根据前两分钟和第2到4min时物质反应速率确定改变的条件.
c(CH3OH) |
c(CO).c2(H2) |
(2)平衡后,测得C(CH3OH)=O.5mol/l,则生成的n(CH3OH)=0.5mol/L×2L=1mol,根据甲醇和氢气、一氧化碳的关系式知,平衡时氢气和一氧化碳的浓度分别为:c(CO)=
2mol-1mol |
2L |
6mol-2mol |
2L |
如果加入这些物质后其浓度商等于化学平衡常数,则平衡不移动;
(3)根据盖斯定律进行计算焓变;
(4)①先计算甲醇的反应速率,再根据同一可逆反应中,同一时间段内,各物质的反应速率之比等于其计量数之比计算氢气的反应速率;
②根据反应物、生成物浓度知,当反应达到第4min时,该反应达到平衡状态,先确定甲醇浓度的变化量,再根据原子守恒知,甲醇浓度的变化量等于一氧化碳浓度的变化量,最后根据转化率公式计算其转化率;
③根据前两分钟和第2到4min时物质反应速率确定改变的条件.
解答:解:(1)该反应的化学平衡常数为:
,故答案为:K=
;
(2)平衡后,测得C(CH3OH)=O.5mol/l,则生成的n(CH3OH)=0.5mol/L×2L=1mol,根据甲醇和氢气、一氧化碳的关系式知,平衡时氢气和一氧化碳的浓度分别为:c(CO)=
=0.5mol/L,c(H2)=
=2mol/L,则该温度下,化学平衡常数K=
=0.25;
在温度和容积不变的情况下,再向该容器中充入1mol CO、4mol H2、xmol CH3OH(g)时,c(CH3OH)=O.5(1+x)mol/l,c(CO)=(0.5+
)mol/l=1mol/L,c(H2)=(2+
)mol/L=4mol/L,要使平衡不向逆反应方向移动,则0<浓度商=
≤0.25,则x的取值范围为0<x≤1,
故答案为:0.25;0<x≤1;
(3)CH3OH(g)+
O2═CO2(g)+2H2O(l)△H=-764.5kJ/mol①
CO(g)+
O2(g)═CO2(g)△H=-283.0kJ/mol②
H2(g)+
O2(g)═H2O(l)△H=-285.8kJ/mol③
根据盖斯定律得;将方程式②+2③-①得CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g),
所以该反应的反应热△H=(-283.0kJ/mol)+2(-285.8kJ/mol)-(-764.5kJ/mol)=-90.1kJ/mol,
故答案为:-90.1kJ/mol;
(4)①2mhi到4min之间,甲醇的反应速率=
mol/(L.min)=0.15mol/(L.min),同一可逆反应中,同一时间段内,各物质的反应速率之比等于其计量数之比,所以氢气的反应速率为0.30mol/(L.min),故答案为:0.30mol/(L.min);
②根据反应物、生成物浓度知,当反应达到第4min时,该反应达到平衡状态,甲醇增加的物质的量浓度=(0.5-0)mol/L=0.5mol/L,根据原子守恒知,一氧化碳减少的物质的量浓度=甲醇增加的物质的量浓度=0.5mol/L,则一氧化碳的转化率=
×100%=50%,
故答案为:50%;
③第4分钟时,甲醇的浓度变化量为0.5mol/L,根据原子守恒知,一氧化碳浓度的变化量也为0.5mol/L,则第4分钟时,一氧化碳浓度=1mol/L-0.5mol/L=0.5mol/L,
0-2min时,一氧化碳浓度的变化量为(1-0.8)mol/L=0.2mol/L,2-4min时,一氧化碳浓度的变化量=(0.8-0.5)mol/L=0.3mol/L,说明反应速率增大,要使反应速率增大且反应向正反应方向移动,可以改变的条件是使用催化剂或增大压强,故选a.
c(CH3OH) |
c(CO).c2(H2) |
c(CH3OH) |
c(CO).c2(H2) |
(2)平衡后,测得C(CH3OH)=O.5mol/l,则生成的n(CH3OH)=0.5mol/L×2L=1mol,根据甲醇和氢气、一氧化碳的关系式知,平衡时氢气和一氧化碳的浓度分别为:c(CO)=
2mol-1mol |
2L |
6mol-2mol |
2L |
0.5 |
0.5×22 |
在温度和容积不变的情况下,再向该容器中充入1mol CO、4mol H2、xmol CH3OH(g)时,c(CH3OH)=O.5(1+x)mol/l,c(CO)=(0.5+
1 |
2 |
4 |
2 |
0.5+0.5x |
1×42 |
故答案为:0.25;0<x≤1;
(3)CH3OH(g)+
3 |
2 |
CO(g)+
1 |
2 |
H2(g)+
1 |
2 |
根据盖斯定律得;将方程式②+2③-①得CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g),
所以该反应的反应热△H=(-283.0kJ/mol)+2(-285.8kJ/mol)-(-764.5kJ/mol)=-90.1kJ/mol,
故答案为:-90.1kJ/mol;
(4)①2mhi到4min之间,甲醇的反应速率=
0.5-0.2 |
4-2 |
②根据反应物、生成物浓度知,当反应达到第4min时,该反应达到平衡状态,甲醇增加的物质的量浓度=(0.5-0)mol/L=0.5mol/L,根据原子守恒知,一氧化碳减少的物质的量浓度=甲醇增加的物质的量浓度=0.5mol/L,则一氧化碳的转化率=
0.5mol/L |
1mol/L |
故答案为:50%;
③第4分钟时,甲醇的浓度变化量为0.5mol/L,根据原子守恒知,一氧化碳浓度的变化量也为0.5mol/L,则第4分钟时,一氧化碳浓度=1mol/L-0.5mol/L=0.5mol/L,
0-2min时,一氧化碳浓度的变化量为(1-0.8)mol/L=0.2mol/L,2-4min时,一氧化碳浓度的变化量=(0.8-0.5)mol/L=0.3mol/L,说明反应速率增大,要使反应速率增大且反应向正反应方向移动,可以改变的条件是使用催化剂或增大压强,故选a.
点评:本题是一道小型综合题,涉及化学平衡的有关计算、热化学反应方程式,根据盖斯定律来分析热化学反应,难点是化学平衡影响因素、化学反应速率的影响因素的判断,注意仔细阅读题干信息并结合教材基础知识来分析解答,只有利用灵活运用教材基础知识才能正确解答,难度中等.

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