题目内容

【题目】工业上一般在密闭容器中采下列反应合成甲醇:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)

(1)不同温度下的平衡转化率与压强的关系如图所示。

①该反应△H_______0(填“>”或“<”),则该反应__________自发进行(填“一定能”、“一定不能”、“ 不一定”)

②实际生产条件控制在250℃、1.3×104kPa左右,选择此压强的理由是_____________。

(2)某温度下,将2molCO和6molH2充入2L的密闭容器中,充分反应后,达到平衡时测得c(CO)=0.1mol·L-1。

①若此时向体系中再充入0.6mo1CO和0.6mo1CH3OH,则平衡__________(填“向正反应方向移动”或“向逆反应方向移动”或“不移动”)

②在其他条件不变的情况下,将容器体积压缩到原来的,与原平衡相比,下列有关说法正确的是_________(填序号)。

a.氢气的浓度减少 b.正反应速率加快,逆反应速率也加快

c.甲醇的物质的量增加 d.重新平衡时n(H2)/n(CH3OH)增大

③若保持同一温度起始投料为amolCO、bmolH2、cmolCH3OH,欲使平衡混合物中各组成与原平衡相同,且开始时该反应向逆反应方向进行,c的取值范围是_____________。

【答案】 < 不一定 该压强下,CO的转化率已较高(90%左右),再增大压强CO转化率提高不大,且生产成本增加 向正反应方向移动 bc 1.8<c≤2

【解析】(1)①由图像可知,压强一定时,温度越高CO的转化率越小,说明升高温度平衡向逆反应方向移动,则正反应为放热反应,即△H<0;该反应正反应是气体物质的量减小的反应,故熵减小,即△S<0;由△G=△H-T△S<0,反应自发进行,可知该反应在低温趋向自发进行,高温下不能自发进行,该反应不一定自发进行,故答案为:<;不一定;

②由图可知,在250℃、1.3×104kPa左右,CO转化率已较高(达90%左右),增大压强CO转化率提高不大,且生产成本增加,故实际生产条件控制在1.3×104kPa左右,故答案为:该压强下,CO转化率已较高(90%左右),再增大压强CO转化率提高不大,且生产成本增加;

(2)①2molCO和6molH2充入2L的密闭容器中,CO、H2的起始浓度分别为=1mol/L、=3mol/L,充分反应后,达到平衡时测得c(CO)=0.1mol/L,CO浓度变化为1mol/L-0.1mol/L=0.9mol/L,则:

CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)

开始(mol/L):1 3 0

变化(mol/L):0.9 1.8 0.9

平衡(mol/L):0.1 1.2 0.9

故该温度下,该反应的平衡常数K==6.25,向体系中再充入0.6mo1CO和0.6mo1CH3OH,Qc==2.08<K,平衡向正反应方向移动,故答案为:向正反应方向移动;

②a.增大压强,平衡时氢气的浓度增大,故a错误;b.增大压强,反应物、生成物的浓度都增大,故正、逆反应速率都加快,故b正确;c.增大压强平衡向正反应方向移动,甲醇的物质的量增加,故c正确;d.增大压强平衡向正反应方向移动,氢气的物质的量减小、甲醇的物质的量增大,故重新平衡时减小,故d错误,故答案为:bc;

③由①计算可知,平衡时CH3OH的物质的量为0.9mol/L×2L=1.8mol,所以c>1.8mol平衡向逆反应进行,按化学计量数转化到左边,得到2molCO时c的值最大,所以c最大为2mol,所以1.8<c≤2,故答案为:1.8<c≤2。

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(1) Y液体可以选用__________ (填序号)。

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(2)实验前检验该装置气密性的方法是_______________。

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[实验] 将燃烧的钠迅速伸人盛满CO2的集气瓶中,钠在其中继续燃烧,反应后冷却,瓶底附者黑色颗粒,瓶壁上粘附着白色物质。

[提出假设]

假设1:白色物质是Na2O

假设2:白色物质是Na2CO3

假设3:白色物质是__________

[设计实验方案·验证假设] 该小组对燃烧后的白色产物进行如下探究:

实验操作

实验现象

结论

方案1

取少量白色物质于试管中,加入适量水,振荡,样品全部溶于水,向其中加人无色酚酞试液

溶液变成红色

白色物质为Na2O

方案2

①取少量白色物质于试管中,加入适量水,振荡,样品全部游于水,向其中加入过量的CaCl2溶液

出现白色沉淀

②静置片刻,取上层清液于试管中,滴加无色酚酞试液

无明显现象

[思考与交流]

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选择图中的装置,按气流方向将其连接,用接口字母表示的顺序为________。装置A中仪器名称为________,反应的化学方程式为__________。验证产物中有N2生成的现象为____________。

③检验Mg与NOx反应产物中是否存在Mg3N2的操作、现象和结论为__________。

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