题目内容

能源短缺是人类社会面临的重大问题。甲醇是一种可再生能源，具有广泛的开发和应用前景。工业上合成甲醇的反应为：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)；ΔH
（1）已知，该反应在300℃，5MPa条件下能自发进行，则ΔH     0，△S    0（填“＜，＞或＝”）。
（2）在300℃，5MPa条件下，将0.20mol的 CO与0.58mol H2的混合气体充入2L密闭容器发生反应，反应过程中甲醇的物质的量浓度随时间的变化如图所示。

①在0～2min内，以H2表示的平均反应速率为         mol·L-1·s-1 ，CO的转化率为        。
②列式计算300℃时该反应的平衡常数K＝                                  。
③300℃时，将0.50mol CO、1.00mol H2和1.00 mol CH3OH充入容积为2L的密闭容器中，此时反应将          。
A．向正方向移动   B．向逆方向移动   C．处于平衡状态   D．无法判断
④下列措施可增加甲醇产率的是           。
A．压缩容器体积                B．将CH3OH(g)从体系中分离
C．充入He，使体系总压强增大   D．再充入0.20mol CO和0.58mol H2
（3）若其它条件不变，使反应在500℃下进行，在图中作出甲醇的物质的量浓度随时间的变化的示意图。

（1）＜ ＜（各1分）（2）①0.02  20%（各2分）
②K＝＝＝4（3分）③B（2分） ④ABD（2分）
（3）（2分）

解析试题分析：（1）根据△G＝△H－T·△S可知，只要△G小于0，反应就是自发的。反应CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)是熵值减小的可逆反应，所以根据该反应CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)在300℃，5MPa条件下能自发进行可知，该反应的ΔH＜0，△S＜0。
（2）①根据图像可知，反应进行到2min时达到平衡状态，此时甲醇的浓度是0.02mol/L，则根据方程式可知消耗氢气的浓度是0.04mol/L，所以在0～2min内，以H2表示的平均反应速率为0.04mol/L÷2min＝0.02mol/(L1min)。又因为消耗CO的物质的量浓度是0.02mol/L，而CO的起始浓度＝0.2mol/L＝2L＝0.1mol/L，所以CO的转化率＝×100%＝20%。
②根据①中分析可知，平衡时氢气和CO的浓度分别是0.58mol÷2L－0.04mol/L＝0.25mol/L，0.1mol/L－0.02mol/L＝0.08mol/L，而甲醇的平衡浓度是0.02mol/L。由于化学平衡常数是在一定条件下，当可逆反应达到平衡状态时，生成物浓度的幂之积和反应物浓度的幂之积的比值，所以该温度下反应的平衡常数K＝＝＝4。
②300℃时，将0.50mol CO、1.00mol H2和1.00 mol CH3OH充入容积为2L的密闭容器中，此时浓度商＝＝＝8＞4，所以反应向逆反应方向移动，答案选B。
④该反应是体积减小的放热的可逆反应，则A、压缩容器体积压强增大，平衡向正反应方向移动，甲醇的产率增大，A正确；B、将CH3OH(g)从体系中分离，平衡向正反应方向移动，甲醇产率增大，B正确；C．充入He，使体系总压强增大，平衡不移动，甲醇产率不变，C不正确；D．再充入0.20mol CO和0.58mol H2，平衡向正反应方向移动，甲醇的产率增大，D正确，答案选ABD。
（3）由于该反应是放热反应，所以若其它条件不变，使反应在500℃下进行，反应速率增大，达到平衡的时间减少，但不利于平衡向正反应方向移动，因此甲醇的浓度降低，所以甲醇的物质的量浓度随时间的变化的示意图为。
考点：考查反应自发性应用、转化率、平衡常数计算、外界条件对平衡状态的影响以及图像分析与作图等

练习册系列答案
相关题目

高炉炼铁是冶炼铁的主要方法，发生的主要反应为：
Fe2O3(s)+3CO(g)  2Fe(s)+3CO2(g)    ΔH =" a" kJ  mol－1
（1）已知： ①Fe2O3(s)+3C(石墨) = 2Fe(s)+3CO(g)   ΔH1 =" +" 489.0 kJ  mol－1 
②C(石墨)+CO2(g) = 2CO(g)           ΔH2 =" +" 172.5 kJ  mol－1
则a =     kJ  mol－1。
（2）冶炼铁反应的平衡常数表达式K =     ，温度升高后，K值     （填“增大”、“不变”或“减小”）。
（3）在T℃时，该反应的平衡常数K=64，在2L恒容密闭容器甲和乙中，分别按下表所示加入物质，反应经过一段时间后达到平衡。

 
Fe2O3
CO
Fe
CO2
甲/mol
1.0
1.0
1.0
1.0
乙/mol
1.0
2.0
1.0
1.0
 
① 甲容器中CO的平衡转化率为     。
② 下列说法正确的是     （填字母）。
a．若容器内气体密度恒定时，标志反应达到平衡状态
b．甲容器中CO的平衡转化率大于乙的
c．甲、乙容器中，CO的平衡浓度之比为2∶3
d．增加Fe2O3可以提高CO的转化率
（4）采取一定措施可防止钢铁腐蚀。下列装置中的烧杯里均盛有等浓度、等体积的NaCl溶液。
①在a-c装置中，能保护铁的是     （填字母）。
②若用d装置保护铁，X极的电极材料应是     （填名称）。

为比较Fe3+和Cu2+对H2O2分解的催化效果，某化学研究小组的同学分别设计了如图甲、乙所示的实验。请回答相关问题：

（1）定性分析：如图甲可通过观察                  ，定性比较得出结论。有同学提出将FeCl3改为Fe2(SO4)3更为合理，其理由是                       。
（2）定量分析：如图乙所示，实验时均以生成40mL气体为准，其它可能影响实验的因素均已忽略。图中仪器A的名称为        ，检查该装置气密性的方法是                                      ，
实验中需要测量的数据是                           。
（3）加入0.10 mol MnO2粉末于50 mL H2O2溶液中，在标准状况下放出气体的体积和时间的关系如图所示。实验过程中速率变化的趋势是                         ，可能原因是                       。

计算H2O2的初始物质的量浓度为         mol/L（请保留两位有效数字）。

下列图象在t1时所对应的反应条件改变可能为：

（1）升高温度                ，（2）使用催化剂                 ，
（3）增大反应物浓度            ，（4）减少生成物浓度         。

反应m A＋n Bp C在某温度下达到平衡
①若A、B、C都是气体，减压后正反应速率小于逆反应速率，则m、n、p的关系是                    。②若C为气体，且m + n = p，在加压时化学平衡发生移动，则平衡必定向______方向移动。
③如果在体系中增加或减少B的量，平衡均不发生移动，则B肯定不能为______态。

有两个密闭容器A和B，A容器中有一个移动的活塞能使容器内保持恒压，B容器能保持恒容。起始时向这两个容器中分别充入等量的体积比为2:l的SO2和O2的混合气体，并使A和B容积相等(如图所示)，在保持400℃的温度下使之发生如下反应：2SO2+O22SO3。填写下列空白：

(1)SO2的转化率α(A)     α(B)。(填“＜”、“＞”或“=”)
(2)达到(1)所述平衡时，若向两容器中通入少量的氩气，A容器化学平衡        移动。(填“正向”、“逆向”或“不”)
(3)达到(1)平衡后，向容器中充入等量的原反应气体，再次达到平衡后，B容器中SO3在混合气体中的体积分数      。(填“增大”、“减小”或“不变”)

（16分）工业上可以在恒容密闭容器中采用下列反应制备甲醇：
CO（g）＋2H2（g）CH3OH（g）
（1）下列情况可以作为判断反应达到平衡状态的依据的是（填序号）                。
A．生成CH3OH 的速率与消耗H2的速率之比为1︰2
B．混合气体的平均相对分子质量保持不变
C．混合气体的密度保持不变
D．体系内的压强保持不变
（2）下表所列数据为该反应在不同温度下的化学平衡常数：

温度/℃
250
300
350
K
2.041
0.270
0.012
 
①反应的平衡常数表达式为K=          。由上表数据判断，该反应的△H    0（填“＞”、“＝”或“＜”）。升高温度，正反应速率       （填“增大”、“减小”或“不变”）。
②某温度下，将2molCO和6molH2充入一个容积为2L的密闭容器中，达到平衡时c(H2)=1.4mol/L，则CO的转化率为        ，此时的温度为         。
（3）欲提高CO的转化率，可采取的措施是                。（填序号）
A．升温
B．加入更高效的催化剂
C．恒容条件下充入CO
D．恒容条件下充入H２
E．恒容条件下充入氦气
F．及时移走CH3OH
（4）一定条件下，CO和H2在催化剂作用下生成1molCH3OH的能量变化为90.8kJ。该温度下，在三个容积相同的密闭容器中，按不同方式投料，保持恒温、恒容，测得反应达到平衡时的有关数据如下：
容器
甲
乙
丙
投料方式
1molCO、2molH2
1molCH3OH
2molCH3OH
平衡数据
C(CH3OH)/(mol/L)
c1
c2
c3
体系压强(Pa)
p1
p2
p3
反应的能量变化
akJ
bkJ
ckJ
原料转化率
α1
α2
α3
 
下列分析正确的是             。（填序号）
A．2c1＜c3        B．2 p1＜p3     C．|a|＋|b|＝90.8     D．α1＋α3＞1

I．设反应①Fe(s)+CO2(g)FeO(s)+CO(g)的平衡常数为K1。反应 ②Fe(s)+H2O(g) FeO(s)+H2(g)的平衡常数为K2，在不同温度下，K1、K2的值如下：

T(K)
K1
K2
973
1.47
2.36
1173
2.15
1.67
 
（1）现有反应③CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)，这是一个     (填“吸”或“放”)热反应，要使平衡③向右移动，可采取的措施有      (填序号)。
A．缩小反应容器容积
B．扩大反应容器容积
C．降低温度
D．升高温度
E．使用合适的催化剂
F．设法减少CO的量
（2）若反应Fe(s)+CO2(g) FeO(s)+CO(g)在温度T1下进行；Fe(s)+H2O(g) FeO(s)+H2(g)在温度T2下进行，已知T1＞T2，且c(CO2)＞c(H2O)(其他条件均相同)，则两者的反应速率       (填序号)。
A．前者大     B．后者大     C．一样大     D．无法判断
II．（1）钢铁的表面发蓝、发黑处理是常用的防腐方法。请配平主要反应的方程式：
□Na2FeO2+□NaNO2+□H2O=□NaFeO2+□NH3↑+□NaOH
（2）钢铁经冷、浓HNO3处理后“钝化”能达到防腐目的，不同浓度的HNO3与铁反应的还原产物很复杂，其分布曲线如图。

①图示可知，分析HNO3与铁反应的规律是             。
②工业上一般不用冷浓硝酸进行铁表面处理，其可能的原因是         。
（3）金属(M)的腐蚀是因为发生反应：M-ne-→Mn+，除了上述表面处理的方法外，下列方法也能起到防腐作用的是      (填字母编号)
A．在铁中掺入铬等金属制成不锈钢
B．在铁制品表面镀锌
C．提高铁中含碳量，制成生铁
D．将水库铁闸门与直流电源的负极相连

（Ⅰ）铜铁及其化合物在日常生活中应用广泛，某研究性学习小组用粗铜（含杂质Fe）与过量氯气反应得固体A，用稀盐酸溶解A，然后加试剂调节溶液的pH后得溶液B，溶液B经系列操作可得氯化铜晶体，请回答：
（1）固体A用稀盐酸溶解的原因是                  ；
（2）检验溶液B中是否存在Fe3+的方法是         ；
（3）已知元素在高价态时常表现氧化性，若在酸性CuSO4溶液中加入一定量的Na2SO3和NaCl溶液，加热，生成CuCl沉淀，则生成CuCl的离子方程式是                   ；
（Ⅱ）（1） 常温下，某同学将稀盐酸与氨水等体积混合，两种溶液的浓度和混合后所得溶液的pH如下表：

实验编号
氨水物质的量浓度
(mol·L－1)
盐酸物质的量浓度
(mol·L－1)
混合溶液
pH
①
0.1
0.1
pH=5
②
C
0.2
pH=7
③
0.2
0.1
pH＞7
 
请回答:从第①组情况分析，该组所得混合溶液中由水电离出的c(H+)＝   mol·L－1；从第②组情况表明，C          0.2 mol·L－1（选填“>”、“<”或“＝”）；从第③组情况分析可知，混合溶液中c(NH4+)
       c(NH3·H2O)（选填“>”、“<”或“＝”）。
（2）写出以下四组溶液NH4+离子浓度由大到小的顺序  >   >    > （填选项编号）。
A．0.1mol·L－1NH4Cl
B．0.1mol·L－1NH4Cl和0.1mol·L－1NH3·H2O
C．0.1mol·L－1NH3·H2O
D．0.1mol·L－1NH4Cl和0.1mol·L－1HCl

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