题目内容
【题目】“神十搭载的长征F改进型火箭推进剂之一为无色气体N2O4,N2O4与NO2转换的热化学方程式为:N2O4(g)
2NO2(g) △H=+24.4KJ/mol
(1)将一定量N2O4投入固定容积的真空容器中,下述现象能说明反应达到平衡的是 。
a.v正(N2O4)=2v逆(NO2) b.体系颜色不变
c.气体平均相对分子质量不变 d.气体密度不变
达到平衡后,保持体积不变升高温度,再次到达平衡时,则混合气体颜色 (填“变深”、“变浅”或“不变”),判断理由 。
(2)T℃时,向1L恒容密闭容器中投入1molCH4和1molH2O(g),发生反应:CH4(g)+H2O(g)
CO(g)+3H2(g),经过3min,反应达到平衡。已知平衡时c(CH4)=0.5mol/L
①0~3min内,该反应的平均反应速率v(H2)=____________。
②T℃时,该反应的平衡常数K=___________。
(3)在一定条件下用CO和H2可以制得甲醇,CH3OH和CO的燃烧热为别725.8 kJ/mol ,283.0 kJ/mol,1 mol液态水变成气态水吸热44.0 kJ,写出甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和气态水的热化学方程式: 。
(4)工业上用CO与H2在催化剂作用下合成CH3OH,其反应为:CO(g)+2H2(g)
CH3OH(g)。按n(CO) : n(H2)=1 : 2向密闭容器中充入反应物,测得平衡时混合物中CH3OH的体积分数在不同压强下随温度的变化如图所示。
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P1_________P2(填“<”“>”或“=”)
②在C点时,CO转化率为____________。
【答案】(15分)(1)bc(2分);变深(1分)正反应是吸热反应,其他条件不变,温度升高平衡正向移动,c(NO2)增加,颜色加深(2分)
(2)①v(H2)=0.5moL/(L·min)(2分),②K=6.75(mol/L)2(2分)
(3)CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2H2O(g)ΔH=-354.8kJ∕mol(2分)
(4)①>(2分),②75%(2分)
【解析】
试题分析:(1)a.应是2v正(N2O4)=v逆(NO2) 时反应达到平衡状态,故a错误;b.体系颜色不变,说明二氧化氮浓度不变,反应到达平衡状态,故b正确;c.混合气体总质量不变,随反应减小混合气体总物质的量增大,平均相对分子质量减小,当气体平均相对分子质量不变时,反应到达平衡状态,故c正确;d.混合气体的总质量不变,容器的容积不变,气体密度始终不变,故d错误,正反应是吸热反应,其他条件不变,温度升高平衡正向移动,c(NO2)增加,颜色加深;
(2)①向1L恒容密闭容器中投入1molCH4和1molH2O(g),发生反应:CH4(g)+H2OCO(g)+3H2(g),反应开始c(CH4)=1molL-1,经过tmin,反应达到平衡.已知平衡时,c(CH4)=0.5molL-1,v(CH4)=
=
mol/(Lmin),速率之比等于化学计量数之比,则v(H2)=3v(CH4)=3×
mol/(Lmin)=
mol/(Lmin);
②T℃时,1L恒容密闭容器中
CH4(g)+H2O
CO(g)+3H2(g)
起始量(mol): 1 1 0 0
变化量(mol): 0.5 0.5 0.5 1.5
平衡量(mol): 0.5 0.5 0.5 1.5
平衡常数K=
=
=6.75;
(3)由CO(g)和CH3OH(l)的燃烧热△H分别为-283.0kJmol-1和-725.8kJmol-1,则
①CO(g)+1/2O2(g)=CO2(g)△H=-283.0kJmol-1
②CH3OH(l)+3/2O2(g)=CO2(g)+2 H2O(l)△H=-725.8kJmol-1
③H2O(l)=H2O(g)△H=-44KJ/mol
由盖斯定律可知用②-①+③×2得反应CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2 H2O(g),该反应的反应热△H=-725.8kJmol-1-(-283.0kJmol-1)+2×44KJ/mol=-354.8kJmol-1;
(4)①由300℃时,增大压强,平衡正向移动,CH3OH的体积分数增大,所以p1>p2;
②设向密闭容器充入了1molCO和2molH2,CO的转化率为x,则
CO(g)+2H2(g)═CH3OH(g)
起始 1 2 0
变化 x 2x x
结束 1-x 2-2x x
在C点时,CH3OH的体积分数=
=0.5,解得x=0.75。