题目内容
二甲醚和甲醇被称为21世纪的新型燃料,以CH4和H2O为原料制备二甲醚和甲醇的工业流程如图1:

I:(1)在一定条件下,容积为 100L密闭容器中发生反应:CH4(g)+H2O(g)?CO(g)+3H2(g);△H>0
将1.0mol CH4和2.0mol H2O(g)通入该密闭容器 l0min时有0.1mol CO生成,则10min内该反应的平均速率v(H2)
(2)在压强为0.1MPa条件下,容积为V L某密闭容器中a mol CO与 2a mol H2在催化剂作用下反应生成甲醇:CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)平衡时CO的转化率与温度、压强的关系如图2.
①该反应的△H
②100℃时该反应的平衡常数K=
(用含a、V的代数式表示).
③在温度容积不变的情况下,向该密闭容器再增加a mol CO与 2a mol H2,达到新平衡时,CO的转化率
④在某温度下,向一个容积不变的密闭容器中通入2.5mol CO和7.5mol H2反应生成CH3OH(g),达到平衡时CO的转化率为90%,此时容器内的压强为开始时的
II:某温度下,向密闭容器中充入2.0mol CO和1.0mol H2O,发生反应:
CO(g)+H2O(g)?CO2(g)+H2(g).CO的转化率随时间变化关系如图2,回答下列问题:
(1)如果一个可逆反应的平衡常数K值很大,下列说法正确的是
A.该反应的反应物混合后很不稳定
B.该反应一旦发生将在很短的时间内完成
C.该反应达平衡时至少有一种反应物的百分含量很小
D.该反应一定是放热反应 E.该反应使用催化剂意义不大
(2)t2时刻向平衡体系中再通入1.0mol H2O(g),请在原坐标图3中将改变这一条件后CO的转化率的变化结果表示出来.

I:(1)在一定条件下,容积为 100L密闭容器中发生反应:CH4(g)+H2O(g)?CO(g)+3H2(g);△H>0
将1.0mol CH4和2.0mol H2O(g)通入该密闭容器 l0min时有0.1mol CO生成,则10min内该反应的平均速率v(H2)
0.0003mo1?L-1?min-1
0.0003mo1?L-1?min-1
.(2)在压强为0.1MPa条件下,容积为V L某密闭容器中a mol CO与 2a mol H2在催化剂作用下反应生成甲醇:CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)平衡时CO的转化率与温度、压强的关系如图2.
①该反应的△H
<
<
0 (填“<”、“>”或“=”).②100℃时该反应的平衡常数K=
V2 |
a2 |
V2 |
a2 |
③在温度容积不变的情况下,向该密闭容器再增加a mol CO与 2a mol H2,达到新平衡时,CO的转化率
增大
增大
(填“增大”、“减小”或“不变”).平衡常数不变
不变
(填“增大”、“减小”或“不变”)④在某温度下,向一个容积不变的密闭容器中通入2.5mol CO和7.5mol H2反应生成CH3OH(g),达到平衡时CO的转化率为90%,此时容器内的压强为开始时的
0.55
0.55
倍.II:某温度下,向密闭容器中充入2.0mol CO和1.0mol H2O,发生反应:
CO(g)+H2O(g)?CO2(g)+H2(g).CO的转化率随时间变化关系如图2,回答下列问题:
(1)如果一个可逆反应的平衡常数K值很大,下列说法正确的是
C
C
(填字母).A.该反应的反应物混合后很不稳定
B.该反应一旦发生将在很短的时间内完成
C.该反应达平衡时至少有一种反应物的百分含量很小
D.该反应一定是放热反应 E.该反应使用催化剂意义不大
(2)t2时刻向平衡体系中再通入1.0mol H2O(g),请在原坐标图3中将改变这一条件后CO的转化率的变化结果表示出来.
分析:Ⅰ:(1)根据v=
计算出v(CO),再根据速率之比等于化学计量数之比计算v(H2);
(2)①依据图象分析,随温度升高,一氧化碳的转化率减小,结合平衡移动原理分析;
②利用三段式求出CO与H2在催化剂作用下反应生成甲醇的平衡时反应混合物各组分的浓度,代入平衡常数k=
计算得到;
③恒温恒容下,增加amolCO与2amolH2,CO与H2的比例与原平衡相同,等效为增大压强,平衡向体积减小的方向移动,即向正反应移动;平衡常数只受温度影响,温度不变,平衡常数不变.
④依据化学三段式列式计算,气体压强之比为气体物质的量之比;
Ⅱ:(1)可逆反应的平衡常数越大,说明反应进行的程度越大,不能说明反应速率快慢、不能说明该反应在通常条件下一定可以发生;
(2)依据加入水后一氧化碳的转化率增大,依据平衡常数计算平衡后的一氧化碳转化率画出图象.
△c |
△t |
(2)①依据图象分析,随温度升高,一氧化碳的转化率减小,结合平衡移动原理分析;
②利用三段式求出CO与H2在催化剂作用下反应生成甲醇的平衡时反应混合物各组分的浓度,代入平衡常数k=
c(CH3OH) |
c(CO)c2(H2) |
③恒温恒容下,增加amolCO与2amolH2,CO与H2的比例与原平衡相同,等效为增大压强,平衡向体积减小的方向移动,即向正反应移动;平衡常数只受温度影响,温度不变,平衡常数不变.
④依据化学三段式列式计算,气体压强之比为气体物质的量之比;
Ⅱ:(1)可逆反应的平衡常数越大,说明反应进行的程度越大,不能说明反应速率快慢、不能说明该反应在通常条件下一定可以发生;
(2)依据加入水后一氧化碳的转化率增大,依据平衡常数计算平衡后的一氧化碳转化率画出图象.
解答:解:I:(1)v(CO)=
=0.0001mol?L-1?min-1,速率之比等于化学计量数之比,所以v(H2)=3v(CO)=3×0.0001mol?L-1?min-1=0.0003mol?L-1?min-1,
故答案为:0.0003 mo1?L-1?min-1;
(2)①图②中图象分析可知,随温度升高,一氧化碳的转化率减小,证明平衡逆向进行,说明正反应为放热反应△H<0,故答案为:<;
②利用三段式求出CO与H2在催化剂作用下反应生成甲醇的平衡时反应混合物各组分的浓度,由图可知100℃时,达到平衡时,CO的转化率为0.5,则
CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)
起始量(mol/L)
0
变化量(mol/L)
平衡量(mol/L)
平衡常数K=
=
=
;
故答案为:
;
③恒温恒容下,增加amolCO与2amolH2,CO与H2的比例与原平衡相同,等效为增大压强,平衡向体积减小的方向移动,即向正反应移动,CO的转化率增大;平衡常数只受温度影响,温度不变,平衡常数不变,故答案为:增大;不变;
④在某温度下,向一个容积不变的密闭容器中通入2.5mol CO和7.5mol H2反应生成CH3OH(g),达到平衡时CO的转化率为90%;CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g),依据反应前后气体物质的量的减少是反应的氢气物质的量,反应前物质的量之和为10mol,达到平衡时CO的转化率为90%,反应的氢气为4.5mol,反应后气体物质的量之和为2.5mol+7.5mol-4.5mol=5.5mol,相同条件下气体压强之比等于物质的量之比,容器内的压强为开始时0.55倍,
故答案为:0.55;
Ⅱ:(1)A.可逆反应的平衡常数很大,说明反应进行的程度很大,不能说明该反应在通常条件下一定可以发生,该反应的反应物混合后可能稳定共存,故A错误;
B.可逆反应的平衡常数很大,说明反应进行的程度很大,不能说明该条件下反应速率很快,故B错误;
C.可逆反应的平衡常数很大,说明反应进行的程度很大,反应达平衡时至少有一种反应物的百分含量很小,故C正确;
D、可逆反应的平衡常数很大,说明反应进行的程度很大,但反应不一定是放热反应,故D错误;
E.可逆反应的平衡常数很大,说明反应进行的程度很大,不能说明该反应在通常条件下一定可以发生,该反应可能需要催化剂才可以进行,故E错误;
故选C.
(2)t2时刻平衡转化率为33.3%,依据平衡三段式列式计算,转化率为33.3%=
设体积为1L,计算平衡浓度,得到平衡常数;
CO(g)+H2O(g)?CO2(g)+H2(g)
起始量(mol/L) 2 1 0 0
变化量(mol/L)
平衡量(mol/L)
K=
=1
加入1mol水,设一氧化碳转化x
CO(g)+H2O(g)?CO2(g)+H2(g)
起始量(mol/L)
1+
转化量(mol/L) x x x x
平衡量(mol/L)
-x
-x
+x
+x
依据平衡常数不变计算得到x=
所以从开始到新平衡一氧化碳转化了
+
=1,一氧化碳转化率为50%;向平衡体系中再通入1.0mol H2O(g),依据平衡分析一氧化碳转化率最大为50%,图象为
,故答案为:
.
| ||
10min |
故答案为:0.0003 mo1?L-1?min-1;
(2)①图②中图象分析可知,随温度升高,一氧化碳的转化率减小,证明平衡逆向进行,说明正反应为放热反应△H<0,故答案为:<;
②利用三段式求出CO与H2在催化剂作用下反应生成甲醇的平衡时反应混合物各组分的浓度,由图可知100℃时,达到平衡时,CO的转化率为0.5,则
CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)
起始量(mol/L)
a |
V |
2a |
V |
变化量(mol/L)
0.5a |
V |
a |
V |
0.5a |
V |
平衡量(mol/L)
0.5a |
V |
a |
V |
0.5a |
V |
c(CH3OH) |
c(CO)c2(H2) |
| ||||
|
V2 |
a2 |
故答案为:
V2 |
a2 |
③恒温恒容下,增加amolCO与2amolH2,CO与H2的比例与原平衡相同,等效为增大压强,平衡向体积减小的方向移动,即向正反应移动,CO的转化率增大;平衡常数只受温度影响,温度不变,平衡常数不变,故答案为:增大;不变;
④在某温度下,向一个容积不变的密闭容器中通入2.5mol CO和7.5mol H2反应生成CH3OH(g),达到平衡时CO的转化率为90%;CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g),依据反应前后气体物质的量的减少是反应的氢气物质的量,反应前物质的量之和为10mol,达到平衡时CO的转化率为90%,反应的氢气为4.5mol,反应后气体物质的量之和为2.5mol+7.5mol-4.5mol=5.5mol,相同条件下气体压强之比等于物质的量之比,容器内的压强为开始时0.55倍,
故答案为:0.55;
Ⅱ:(1)A.可逆反应的平衡常数很大,说明反应进行的程度很大,不能说明该反应在通常条件下一定可以发生,该反应的反应物混合后可能稳定共存,故A错误;
B.可逆反应的平衡常数很大,说明反应进行的程度很大,不能说明该条件下反应速率很快,故B错误;
C.可逆反应的平衡常数很大,说明反应进行的程度很大,反应达平衡时至少有一种反应物的百分含量很小,故C正确;
D、可逆反应的平衡常数很大,说明反应进行的程度很大,但反应不一定是放热反应,故D错误;
E.可逆反应的平衡常数很大,说明反应进行的程度很大,不能说明该反应在通常条件下一定可以发生,该反应可能需要催化剂才可以进行,故E错误;
故选C.
(2)t2时刻平衡转化率为33.3%,依据平衡三段式列式计算,转化率为33.3%=
1 |
3 |
CO(g)+H2O(g)?CO2(g)+H2(g)
起始量(mol/L) 2 1 0 0
变化量(mol/L)
2 |
3 |
2 |
3 |
2 |
3 |
2 |
3 |
平衡量(mol/L)
4 |
3 |
1 |
3 |
2 |
3 |
2 |
3 |
K=
| ||||
|
加入1mol水,设一氧化碳转化x
CO(g)+H2O(g)?CO2(g)+H2(g)
起始量(mol/L)
4 |
3 |
1 |
3 |
2 |
3 |
2 |
3 |
转化量(mol/L) x x x x
平衡量(mol/L)
4 |
3 |
4 |
3 |
2 |
3 |
2 |
3 |
依据平衡常数不变计算得到x=
1 |
3 |
所以从开始到新平衡一氧化碳转化了
2 |
3 |
1 |
3 |


点评:本题考查化学平衡影响因素分析判断,平衡常数、反应速率计算应用,平衡常数随温度变化,图象分析判断是解题关键,题目难度中等.

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