题目内容
【题目】研究表明,在CuZnO催化剂存在下,CO2和H2可发生两个平行反应,分别生成CH3OH和CO,反应的热化学方程式如下: CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)△H1 平衡常数K1 反应Ⅰ
CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)△H2=+41.2kJmol﹣8平衡常数K2 反应Ⅱ
某实验室控制CO2和H2初始投料比为1:2.2,在相同压强下,经过相同反应时间测得如表实验数据:
T(K) | 催化剂 | CO2转化率(%) | 甲醇选择性(%) |
543 | Cat.1 | 12.3 | 42.3 |
543 | Cat.2 | 10.9 | 72.7 |
553 | Cat.1 | 15.3 | 39.1 |
553 | Cat.2 | 12.0 | 71.6 |
[备注]Cat.1:Cu/ZnO纳米棒;Cat.2:Cu/ZnO纳米片;甲醇选择性;转化的CO2中生成甲醇的百分比
(1)合成的甲醇可用于燃料电池的燃料,若电解质为稀烧碱溶液时甲醇燃料电池的正极反应式为;研究证实,CO2也可在酸性水溶液中通过电解生成甲醇,则生成甲醇的反应发生在极,该电极反应式是 .
(2)从表中实验数据可以分析出,提高CO2转化成CH3OH的选择性的方法有 .
(3)反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)的平衡常数K3=(用K1和K2表示).
(4)在恒压密闭容器中,由CO2和H2进行反应I合成甲醇,在其它条件不变的情况下,探究温度对化学平衡的影响,实验结果如图. ①△H10(填“>”、“<”或“=”)
②有利于提高CO2平衡转化率的措施有(填标号).
A.降低反应温度
B.投料比不变,增加反应物的浓度
C.增大CO2和H2的初始投料比
D.混合气体中掺入一定量惰性气体(不参与反应)
(5)在T1温度时,将1.00molCO2和3.00molH2充入体积为1.00L的恒容密闭容器中,容器起始压强为P0 , 仅进行反应I. ①充分反应达到平衡后,若CO2转化率为a,则容器的压强与起始压强之比为(用a表示).
②若经过3h反应达到平衡,平衡后,混合气体物质的量为3.00mol,则该过程中H2的平均反应速率为(保留三位有效数字);该温度下反应的化学平衡常数K为(保留三位有效数字);平衡常数K可用反应体系中气体物质分压表示,即K表达式中用平衡分压代替平衡浓度,分压=总压×物质的量分数.写出上述反应压力平衡常数KP为(用P0表示,并化简).
【答案】
(1)O2+4e﹣+2H2O=4OH﹣;阴;CO2+6e﹣+6H+=CH3OH+H2O
(2)使用Cat2催化剂(或理想催化剂);温度为543K(或降低温度)
(3)
(4)<;A
(5);0.5mol?L﹣1?h﹣1;0.148(L?mol﹣1)2;
【解析】解:(1)正极是氧气发生还原反应,正极反应式为O2+4e﹣+2H2O=4OH﹣;研究证实,CO2也可在酸性水溶液中通过电解生成甲醇,碳的化合降低发生还原反应,所以生成甲醇的反应发生在阴极,该电极反应式是CO2+6e﹣+6H+=CH3OH+H2O,所以答案是:O2+4e﹣+2H2O=4OH﹣;阴; CO2+6e﹣+6H+=CH3OH+H2O;(2)图中T2>T1 , 温度越高水蒸气的含量越少,平衡逆向移动,所以正反应是放热反应,由图可知提高CO2转化成CH3OH的选择性,应使平衡向正向移动,可降低温度,在Cat.2催化剂的条件下选择性最高,所以答案是:使用Cat2催化剂(或理想催化剂);温度为543K(或降低温度);(3)由CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)△H1 平衡常数K1 反应Ⅰ; CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)△H2=+41.2kJmol﹣8平衡常数K2 反应Ⅱ;
所以根据盖斯定律CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)△H3=△H1﹣△H2 , K3= ,所以答案是:
;(4)①图中T2>T1 , 温度越高水蒸气的含量越少,平衡逆向移动,所以正反应是放热反应,所以△H1<0,所以答案是:<;
②A.降低反应温度,平衡正向移动,CO2平衡转化率增大,故正确;
B.在恒压密闭容器中,投料比不变,增加反应物的浓度,CO2平衡转化率不变,故错误;
C.增大CO2和H2的初始投料比,二氧化碳转化率降低,而氢的转化率增大,故错误;
D.混合气体中掺入一定量惰性气体,相当于减小压强,平衡逆向移动,二氧化碳转化率降低,故错误;
故选A;(5)
CO2(g)+ | 3H2(g) | CH3OH(g)+ | H2O(g) | |
c(初) | 1 | 3 | 0 | 0 |
c(变) | a | 3a | a | a |
c(平) | 1-a | 3-3a | a | a |
所以 ,则
=
,所以答案是:
;②平衡后,混合气体物质的量为3.00mol,则反应的氢气的物质的量为1.5mol,v=
=
=0.5molL﹣1h﹣1;
CO2(g)+ | 3H2(g) | CH3OH(g)+ | H2O(g) | |
c(初) | 1 | 3 | 0 | 0 |
c(变) | 0.5 | 1.5 | 0.5 | 0.5 |
c(平) | 0.5 | 1.5 | 0.5 | 0.5 |
所以K= =0.148(Lmol﹣1)2;因为:
=
,所以P=0.75P0 , Kp=
=
=
,所以答案是:0.5molL﹣1h﹣1;0.148(Lmol﹣1)2;
.
【考点精析】通过灵活运用反应热和焓变和化学平衡状态本质及特征,掌握在化学反应中放出或吸收的热量,通常叫反应热;化学平衡状态的特征:“等”即 V正=V逆>0;“动”即是动态平衡,平衡时反应仍在进行;“定”即反应混合物中各组分百分含量不变;“变”即条件改变,平衡被打破,并在新的条件下建立新的化学平衡;与途径无关,外界条件不变,可逆反应无论是从正反应开始,还是从逆反应开始,都可建立同一平衡状态(等效)即可以解答此题.
![](http://thumb2018.1010pic.com/images/loading.gif)
【题目】在2L密闭容器中,800℃时反应2NO(g)+O2(g)2NO2(g)体系中,n(NO)随时间的变化如下表:
时间/s | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
n(NO)/mol | 0.020 | 0.010 | 0.008 | 0.007 | 0.007 | 0.007 |
(1)写出该反应的平衡常数表达式:K= , 已知:K(300℃)>K(350℃),该反应是反应(填“放热”或“吸热”).
(2)图中表示NO2的变化的曲线是 , 用O2的浓度变化表示从0~2s内该反应的平均速率v= .
(3)能说明该反应已经达到平衡状态的是
a.v(NO2)=2v(O2) b.容器内压强保持不变
c.v逆(NO)=2v正(O2) d.容器内物质的密度保持不变
(4)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
a.及时分离出NO2气体 b.适当升高温度
c.增大O2的浓度 d.选择高效的催化剂.