题目内容

【题目】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。测得在不同温度下,K1、K2值如下:

温度/℃

K1

K2

500

1.00

3.15

700

1.47

2.26

900

2.40

1.60

(1)若500 ℃时进行反应①,CO2的转化率为_______________。

(2)900 ℃时进行反应③H2(g)+CO2(g)H2O(g)+CO(g),其平衡常数K3=______________。

(3)反应②的焓变ΔH____________(填“>”、“<”或“=”)0。

(4)700 ℃时反应②达到化学平衡,要使该平衡向正反应方向移动,当其他条件不变时,可采取的措施有___________________________________。

A.缩小容器容积 B.加入更多的水蒸气

C.升高温度至900 ℃ D.使用合适的催化剂

(5)下列图像符合反应①的是________________________。

【答案】50% 1.50 < B A

【解析】

根据勒夏特列原理判断温度升高时,反应平衡常数变化与反应热的对应关系,并基于反应热分析使平衡正向移动的条件,据此回答问题。

(1)若500 ℃时进行反应①,反应平衡常数K=,即反应生成的一氧化碳的浓度等于反应剩余的二氧化碳的浓度,根据气体反应系数比为1:1可知,CO2的转化率为50%。

(2)900 ℃时进行反应③H2(g)+CO2(g)H2O(g)+CO(g),其平衡常数K3=。

(3)根据表格可知,温度升高,反应平衡常数减小,反应逆向移动,正反应为放热反应,故反应②的焓变ΔH< 0。

(4)700 ℃时反应②达到化学平衡,该反应正反应放热,且反应前后气体体积不变,故要使该平衡向正反应方向移动,当其他条件不变时,可采取的措施为B。

A.缩小容器容积,不改变平衡状态,A错误;

B.加入更多的水蒸气 ,增大反应物,平衡正向移动,B正确;

C.升高温度至900 ℃,根据勒夏特列原理,反应逆向移动,C错误;

D.使用合适的催化剂,不改变反应平衡,D错误。

答案为B。

(5)反应①温度升高,平衡常数增大,反应正向移动,正反应为吸热反应,且反应前后气体体积不变,故:

A. 温度升高,正反应速率大于逆反应速率,反应正向移动,符合反应①;

B. 在最高点时,反应处于平衡状态,当温度高于最高点对应的温度,CO的含量降低,平衡向逆反应移动,说明图像表示正反应为放热反应,不符合反应①;

C.到达平衡的时间越短,速率越快,温度越高,说明T1温度高于T2,但T1的一氧化碳含量低于T2,平衡向逆反应方向移动,说明反应正方向放热,不符合反应①。

答案为A。

练习册系列答案
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(1)在催化转化法回收利用CO2的过程中,可能涉及以下化学反应:

①CO2(g)+2H2O(1)CH3OH(1)+O2(g) △H=+727kJ·mol-1 △G=+703kJ·mol-1

②CO2(g)+2H2O(1)CH4(g)+2O2(g) △H=+890kJ·mol-1 △G=+818kJ·mol-1

③CO2(g)+3H2(g)CH3OH(1)+H2O(1) △H=-131kJ·mol-1 △G=-9.35kJ·mol-1

④CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(1) △H=-253kJ·mol-1 △G=-130kJ·mol-1

从化学平衡的角度来看,上述化学反应中反应进行程度最小的是____,反应进行程度最大的是_____。

(2)反应CO2(g)+4H2(g)=CH4(g) +2H2O(g)称为Sabatier反应,可用于载人航空航天工业。我国化学工作者对该反应的催化剂及催化效率进行了深入的研究。

①在载人航天器中利用Sabatier反应实现回收CO2再生O2,其反应过程如图所示,这种方法再生O2的最大缺点是需要不断补充_________(填化学式)。

②在1.5 MPa,气体流速为20 mL·min-l时研究温度对催化剂催化性能的影响,得到CO2的转化率(%)如下:

分析上表数据可知:_____(填化学式)的催化性能更好。

③调整气体流速,研究其对某一催化剂催化效率的影响,得到CO2的转化率(%)如下:

分析上表数据可知:相同温度时,随着气体流速增加,CO2的转化率____(填“增大”或“减小”),其可能的原因是_________________________________。

④在上述实验条件中,Sabatier反应最可能达到化学平衡状态的温度是____,已知初始反应气体中V(H2):V(CO2) =4:l,估算该温度下的平衡常数为 ___________(列出计算表达式)。

(3)通过改变催化剂可以改变CO2与H2反应催化转化的产物,如利用Co/C作为催化剂,反应后可以得到含有少量甲酸的甲醇。为了研究催化剂的稳定性,将Co/C催化剂循环使用,相同条件下,随着循环使用次数的增加,甲醇的产量如图所示,试推测甲醇产量变化的原因_________________________________。(已知Co的性质与Fe相似)

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