题目内容

工业上通常在恒容密闭容器中采用CO(g)和H2(g)反应催化合成甲醇CH3OH(g):
(1)已知:①2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)△H=-566.0kJ?mol-1②2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)△H=-398.0kJ?mol-1③2CH3OH(g)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(g)△H=-1104.0kJ?mol-1则CO(g)与H2(g)合成CH3OH(g)的热化学方程式是
 
.
(2)据研究,反应过程中起催化作用的为CuO,反应体系中含少量CO2有利于维持催化剂CuO的量不变,原因是:
 
 (用化学方程式表示).
(3)判断反应达到平衡状态的依据是(填字母序号,下同)
 
.
A.混合气体的密度不变
B.混合气体的平均相对分子质量不变
C.CH3OH(g)、CO(g)、H2(g)的浓度都不再发生变化
D.生成CH3OH(g)的速率与消耗CO(g)的速率相等
(4)下表所列数据是反应在不同温度下的化学平衡常数(K).
温度 250℃ 300℃ 350℃
K 2.041 0.250 0.012
某温度下,将2molCO(g)和6mol H2(g)充入2L的密闭容器中,充分反应后,达到平衡时测得c(CO)=0.5mol/L,则CO(g)的转化率为
 
,此时的温度为
 
.
(5)要提高CO(g)的转化率,可以采取的措施是
 
.
A.升高温度       B.加入催化剂    C.增加CO(g)的浓度
D.加入H2(g)加压 E.分离出甲醇    F.加入惰性气体加压
(6)一定条件下,在容积相同的三个密闭容器中,按不同方式投入反应物,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
反应物投入量 1molCO  2molH2 1molCH3OH 2molCH3OH
平衡数据 CH3OH的浓度(mol/L) c1 c2 c3
反应的能量变化的绝对值(kJ) a b c
体系压强(Pa) P1 P2 P3
反应物转化率 α1 α2 α3
下列说法正确的是
 
.
A.2c1>c3      B.a+b=129         C.2p2<p3      D.α1+α3<1.
考点:热化学方程式,化学平衡建立的过程,化学平衡的调控作用,化学平衡状态的判断
专题:化学平衡专题
分析:(1)根据已知热化学方程式,结合盖斯定律计算求反应热,再写方程式;
(2)在加热条件下CO能还原CuO使其减少,因此反应体系中含有少量二氧化有利于抑制反应向正反应方向移动,维持CuO的量不变;
(3)根据化学平衡状态的特征:逆、定、动、变、等来回答判断;
(4)依据化学平衡三段式列式计算CO转化的浓度,求出转化率;求出平衡浓度,结合平衡常数概念计算平衡常数,与表中数据比较的到所需温度;
(5)要提高CO(g)的转化率,则平衡需向正方向移动,根据影响平衡的因素分析;
(6)A、甲、丙相比较,把甲等效为开始加入1molCH3OH,丙中甲醇的物质的量为甲的2倍,压强增大,对于反应CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g),平衡向生成甲醇的方向移动;
B、由题目可知生成1molCH3OH的能量变化129kJ,甲、乙平衡状态相同,令平衡时甲醇为nmol,计算反应热数值,据此判断;
C、比较乙、丙可知,丙中甲醇的物质的量为乙的2倍,压强增大,对于反应CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g),平衡向生成甲醇的方向移动;
D、甲、乙处于相同的平衡状态,则α1+α2=1,由C的分析可知α2>α3,据此判断.
解答: 解:(1)已知①2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)△H=-566.0kJ?mol-1,
②2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)△H=-398.0kJ?mol-1,
③2CH3OH(g)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(g)△H=-1104.0kJ?mol-1,
根据盖斯定律:①×
1
2
+②-③×
1
2
得:CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g);△H=-129.0 kJ?mol-1;
故答案为:CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g);△H=-129.0 kJ?mol-1;
(2)在加热条件下CO能还原CuO使其减少,因此反应体系中含有少量二氧化有利于抑制反应向正反应方向移动,维持CuO的量不变,反应方程式为CuO+CO?Cu+CO2,
故答案为:CuO+CO?Cu+CO2;
(3)A.反应容器的体积不变,质量守恒,所以混合气体的密度始终不变,不能判断平衡状态,故A错误;
B.反应后气体的物质的量减少,气体的质量不变,所以混合气体的平均相对分子质量逐渐减小,当混合气体的平均相对分子质量保持不变即是平衡状态,故B正确;
C.CH3OH(g)、CO(g)、H2(g)的浓度都不再发生变化,即是平衡状态,故C正确;
D.生成CH3OH(g)为正速率,消耗CO(g)的也为正速率,均为正速率,二者相等,不能说明达到平衡状态,故D错误;
故答案为:BC;
(4)某温度下,将2mol CO和6mol H2充入2L的密闭容器中,充分反应达到平衡后,测得c(CO)=0.5mol?L-1,
                CO(g)+2H2(g)?CH3 OH(g)
起始量(mol/L)  1       3        0
变化量(mol/L) 0.5      1       0.5
平衡量(mol/L) 0.5      2       0.5
则CO(g)的转化率为:
0.5
1
×100%=50%;
平衡常数K=
c(CH3OH)
c(CO)?c2(H2)
=
0.5
0.5×22
=0.25;
对比图表可知,反应是在310°C达到的平衡,
故答案为:50%;310;
(5)A.已知该反应为放热反应,升高温度,平衡逆移,CO的转化率减小,故A错误;
B.加入催化剂,平衡不移动,则CO的转化率不变,故B错误;
C.增加CO(g)的浓度,CO的转化率减小,故C错误;
D.加入H2(g)加压,平衡正移,CO的转化率增大,故D正确;
E.分离出甲醇,则平衡正移,CO的转化率增大,故E正确;
F.加入惰性气体加压,由于容器的体积不变,各反应物的浓度不变,平衡不移动,CO的转化率不变,故F错误;
故答案为:DE;
(6)A、甲、丙相比较,把甲等效为开始加入1molCH3OH,丙中甲醇的物质的量为甲的2倍,压强增大,对于反应CH3OH(g)?CO(g)+2H2(g),平衡向生成甲醇的方向移动,故2c1<c3,故A错误;
B、由题目可知生成1molCH3OH的能量变化129kJ,甲、乙平衡状态相同,令平衡时甲醇为nmol,对于甲容器,a=129n,对于乙容器b=129(1-n),故a+b=129,故B正确;
C、比较乙、丙可知,丙中甲醇的物质的量为乙的2倍,压强增大,对于反应CH3OH(g)?CO(g)+2H2(g),平衡向生成甲醇的方向移动,故2p2>p3,故C错误;
D、甲、乙处于相同的平衡状态,则α1+α2=1,由C的分析可知α2>α3,所以a1+a3<1,故D正确;
故答案为:BD.
点评:本题考查较为综合,涉及盖斯定律的应用、化学平衡的计算、平衡状态的判断、平衡常数的计算与运用以及等效平衡问题,难度较大,注意理解等效平衡问题.
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