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甲醇可作为燃料电池的原料。通过下列反应可以制备甲醇:CO ( g ) + 2H2 ( g ) CH3OH ( g ) △H=-90.8 kJ·mol-1 在一容积可变的密闭容器中充入10 mol CO 和20 molH2,CO 的平衡转化率随温度(T)、压强(P)的变化如图所示,当达到平衡状态A 时,容器的体积为20 L。

(1)该反应的化学平衡常数表达式为     
(2)如反应开始时仍充入10mol CO 和20mol H2,则在平衡状态B时容器的体积V(B)=        L。
(3)关于反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)在化学平衡状态时的描述正确的是  (填字母)。
A.CO的含量保持不变       B.容器中CH3OH浓度与CO浓度相等
C.2V(CH3OH)=V(H2)D.容器中混合气体的平均相对分子质量保持不变
(4)CO(g)+2H2(g)CH3OH(g),按照相同的物质的量 投料,测得CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如图所示。下列说法正确的是     
                    
A.温度:T1 < T2 <T3
B.正反应速率:ν(a)>ν(c); ν(b)>ν(d)
C.平衡常数: K(a) ="K(c)" ; K(b) >K(d)
D.平均摩尔质量:M(a)<M(c); M(b)>M(d)
(5)已知CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) △H=" +" 41.3 kJ·mol-1,试写出由
CO2和H2制取甲醇的热化学方程式     
(1)K=C(CH3OH)/C2(H2)?C(CO)    (2)4 (3)A C D (4) A
(5)CO2(g) +3H2(g) CH3OH(g) +H2O(g) △H=-49.5 kJ·mol-1

试题分析:(1)根据平衡常数的定义可得到该反应的化学平衡常数的表达式为K==C(CH3OH)/C2(H2)?C(CO)。(2)若密闭容器中充入10 mol CO 和20 molH2,当达到平衡状态A 时,CO的转化率为0.5,此时各物质的物质的量为CO为5mol;H2为10mol; CH3OH为5mol。n(气体)=20mol,容器的体积为20 L。如反应开始时仍充入10mol CO 和20mol H2,在达到平衡状态B时CO的转化率为0.8,则此时各物质的物质的量为CO为2mol,H2为4mol, CH3OH为8mol。n(气体)=14mol。由于A、B是在相同温度下程度的。所以化学平衡常数不变设第二次达到平衡时容器的体积为V。则,解得v=4(L)。(3) A.CO的含量保持不变,则各组分的物质的量,总物质的量不变。可逆反应达到平衡状态。正确。B.容器中CH3OH浓度与CO浓度相等,这只是一个很特殊的情况,这时反应可能达到平衡,也可能未达到平衡状态。错误。C.在任何时刻2V(CH3OH)=V(H2),若2V(CH3OH)=V(H2),则V(H2)=V(H2),反应达到平衡。正确。D.由于该反应是个反应前后气体体积不等的反应,如果反应未达到平衡,则气体的物质的量就会发生改变,混合气体的平均相对分子质量也就会随着改变。若容器中混合气体的平均相对分子质量保持不变,则气体的物质的量不变。故反应达到平衡状态。正确。(4)A.由于该反应的正反应是放热反应,所以在其它条件不变的情况下,升高温度,平衡向吸热反应方向移动,也就是向逆反应方向移动,这时反应物的转化率降低。因为CO的平衡转化率a>b>c,所以温度:T1 < T2 <T3。正确。B.在其它条件不变时,升高温度,化学反应速率加快。由于温度T1 < T2 <T3,所以速率:ν(c)>ν(a);在其它条件相同时,增大压强,化学反应速率加快。由于压强b>d,所以速率:ν(b)>ν(d).错误。C.化学 平衡常数只与温度有关,与其它条件无关。由于温度T1 < T2 <T3。升高温度,平衡向逆反应方向移动,K减小。K(a) >K(c) ; K(b) =K(d)。错误。D.升高温度,平衡向逆反应方向移动,平衡时气体的物质的量增大,气体的平均摩尔质量减小。由于温度T1 < T3,所以平衡时n(c)总> n(a)总,M(a)>M(c);在相同的温度下,增大压强,平衡正向移动,平衡时气体的物质的量减小。所以平衡时n(d)总> n(b)总,M(b)>M(d).错误。(5)将CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) △H=" +" 41.3 kJ/mol和 CO ( g ) + 2H2 ( g ) CH3OH ( g ) △H=-90.8 kJ/mol相加可得CO2和H2制取甲醇的热化学方程式:CO2(g) +3H2(g) CH3OH(g) +H2O(g) △H=-49.5 kJ/mol.
练习册系列答案
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离子
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Na+
NH4+
SO42-
NO3
Cl
浓度/mol·L-1
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6×10-6
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4×10-5
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