题目内容

【题目】甲醇是一种可再生能源,具有广泛的开发和应用前景。工业上一般采用下列反应合成甲醇:CO2(g)3H2(g)CH3OH(g)H2O(g)。在体积为2L的密闭容器中,充入2molCO29molH2,测得CO2(g)CH3OH(g)浓度随时间变化如图所示:

(1)该反应的平衡常数K表达式为________

(2)010min时间内,该反应的平均反应速率v(H2O)_______H2的转化率为_______

(3)下列叙述中,能说明反应已达到化学平衡状态的是________(填字母)

A.容器内CO2H2CH3OHH2O(g)的浓度之比为1311

B.v(CO2)v(H2)13

C.平衡常数K保持不变

D.混合气体的平均相对分子质量保持不变

(4)已知在常温常压下:

2CH3OH(l)3O2(g)=2CO2(g)4H2O(l) ΔH1=-1452.8kJ·mol1

2CO(g)O2(g)=2CO2(g) ΔH2=-566.0kJ·mol1

写出甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式:_______

【答案】K 0.075mol·L1·min1 50% BD CH3OH(l)O2(g)=2H2O(l)CO(g) ΔH=-443.4kJ·mol1

【解析】

(1)平衡常数等于生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积之比,即K,故答案为:

(2)010min时间内,CH3OH的物质的量浓度变化量=0.75mol/L,则v(CH3OH)==0.075mol·L1·min1,所以,v(H2O)=v(CH3OH)=0.075mol·L1·min1。生成甲醇的物质的量=0.75mol/L×2L=1.5mol,则转化了的氢气的物质的量=3×1.5mol=4.5mol,那么氢气的转化率==50%,故答案为:0.075mol·L1·min150%

(3)达到平衡时,v=v≠0,体系中各成分的量保持不变。

A.容器内CO2H2CH3OHH2O(g)的浓度之比为1311不代表CO2H2CH3OHH2O(g)的量不变,不能判断是否平衡,A错误;

B.由方程式计量数可知v(H2)3v(CO2),又因为v(CO2)v(H2)13,即v(H2)3v(CO2),所以,3v(CO2)= 3v(CO2)v(CO2)= v(CO2),说明反应已平衡,B正确;

C.平衡常数K只和温度有关,温度不变,K不变,故平衡常数K保持不变,不能说明反应是否平衡,C错误;

D.该反应是一个气体总质量m不变,气体总物质的量n减小的反应,由n=可知,当混合气体的平均相对分子质量保持不变,即M不变,那么n也不变,说明已达到平衡,D正确;

综上所述,BD能说明反应已达平衡,故答案为:BD

(4)得:CH3OH(l)O2(g)=2H2O(l)CO(g)ΔH==-443.4kJ·mol1,故答案为:CH3OH(l)O2(g)=2H2O(l)CO(g) ΔH=-443.4kJ·mol1

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