题目内容
科学家利用太阳能分解水生成的氢气在催化剂作用下与二氧化碳反应生成甲醇,并开发出直接以甲醇为燃料的燃料电池.已知H2(g)、CO(g)和CH3OH(l)的燃烧热△H分别为-285.8kJ?mol-1、-283.0kJ?mol-1和-726.5kJ?mol-1,
(1)实验测得H2和CO的混合气体共5mol,完全燃烧生成液态水时放热1417.8kJ,则混合气体中H2和CO的体积比是 .已知H2O(l)═H2O(g)△H=+44.0kJ?mol-1写出甲醇燃烧生成CO2和气态水的热化学方程式
(2)一定条件下,在体积为3L的密闭容器中反应CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)达到化学平衡状态.
①该反应的化学平衡常数表达式为K= ,温度升高该反应的平衡常数 (增大、减小、不变)
②判断该可逆反应达到化学平衡状态的标志是 (填字母).
A.v生成(CH3OH)=v消耗(CO)
B.混合气体的密度不再改变
C.混合气体的平均相对分子质量不再改变
D.CO、H2、CH3OH的浓度相等
E.混合气体的压强不再变化
③在300℃时,将1molCO和3molH2充入一密闭恒容容器中,充分反应达到平衡后,若CO的转化率为25%,则容器内的压强与起始压强之比为 .
④500℃时,将容器的容积压缩到原来的1/2,在其他条件不变的情况下,对平衡体系产生的影响是 (填字母).
A.c(H2)减小 B.正反应速率加快,逆反应速率减慢
C.CH3OH的物质的量增加 D.重新达到平衡时,
减小
⑤300℃时 CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g) 达到平衡状态时,平衡常数为2.4×10-4,若在某一时刻测得c(CO)=2.0mol?L-1,c(H2)=1.0mol?L-1,c(CH3OH)=4.0×10-4 mol?L-1,该反应是否处于化学平衡状态 (选填“是”或“否”),此时,化学反应速度是v正 v逆(选填“>”、“<”或“=”).
(1)实验测得H2和CO的混合气体共5mol,完全燃烧生成液态水时放热1417.8kJ,则混合气体中H2和CO的体积比是
(2)一定条件下,在体积为3L的密闭容器中反应CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)达到化学平衡状态.
①该反应的化学平衡常数表达式为K=
②判断该可逆反应达到化学平衡状态的标志是
A.v生成(CH3OH)=v消耗(CO)
B.混合气体的密度不再改变
C.混合气体的平均相对分子质量不再改变
D.CO、H2、CH3OH的浓度相等
E.混合气体的压强不再变化
③在300℃时,将1molCO和3molH2充入一密闭恒容容器中,充分反应达到平衡后,若CO的转化率为25%,则容器内的压强与起始压强之比为
④500℃时,将容器的容积压缩到原来的1/2,在其他条件不变的情况下,对平衡体系产生的影响是
A.c(H2)减小 B.正反应速率加快,逆反应速率减慢
C.CH3OH的物质的量增加 D.重新达到平衡时,
| c?H2? |
| c?CH3OH? |
⑤300℃时 CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g) 达到平衡状态时,平衡常数为2.4×10-4,若在某一时刻测得c(CO)=2.0mol?L-1,c(H2)=1.0mol?L-1,c(CH3OH)=4.0×10-4 mol?L-1,该反应是否处于化学平衡状态
考点:热化学方程式,化学平衡的影响因素,化学平衡状态的判断,化学平衡的计算
专题:基本概念与基本理论
分析:(1)根据H2和CO的燃烧热,然后设出H2的物质的量,利用方程式组来解;写出甲醇的燃烧的化学方程式,根据盖斯定律来解题;
(2)①根据化学平衡常数为生成物的浓度幂之积除以反应物的浓度幂之积,列出平衡常数的表达式;根据盖斯定律得出反应的热效应,进而判断温度升高该反应的平衡常数的变化;
②反应到达平衡状态时,正逆反应速率相等,平衡时各物质的浓度、百分含量不变,可以及由此衍生的一些量也不发生变化,由此进行判断,解题时要注意,选择判断的物理量,随着反应的进行发生变化,当该物理量由变化到定值时,说明可逆反应到达平衡状态;
③根据化学平衡的三段法计算平衡时各物质的物质的量,再利用反应前后气体的物质的量之比等于压强之比来解答;
④将容器的容积压缩到原来的
,压强增大,反应速率增大,平衡向正反应方向移动,以此判断;
⑤根据浓度商Qc和平衡常数K的大小比较来分析.
(2)①根据化学平衡常数为生成物的浓度幂之积除以反应物的浓度幂之积,列出平衡常数的表达式;根据盖斯定律得出反应的热效应,进而判断温度升高该反应的平衡常数的变化;
②反应到达平衡状态时,正逆反应速率相等,平衡时各物质的浓度、百分含量不变,可以及由此衍生的一些量也不发生变化,由此进行判断,解题时要注意,选择判断的物理量,随着反应的进行发生变化,当该物理量由变化到定值时,说明可逆反应到达平衡状态;
③根据化学平衡的三段法计算平衡时各物质的物质的量,再利用反应前后气体的物质的量之比等于压强之比来解答;
④将容器的容积压缩到原来的
| 1 |
| 2 |
⑤根据浓度商Qc和平衡常数K的大小比较来分析.
解答:
解:(1)设混合气中H2的物质的量为x,则CO的物质的量为5mol-x,根据题意,列方程为:285.8kJ/mol×x+283.0kJ?mol-1×(5mol-x)=1417.8kJ,解得 x=1 mol,则CO的物质的量为5mol-1mol=4mol,所以混合气体中H2与CO的体积比即物质的量之比为1:4,
根据CH3OH(l)的燃烧热△H为-726.5kJ?mol-1可知:
2CH3OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(l)△H=-1453KJ/mol ①
又知:H2O(l)═H2O(g)△H=+44.0kJ?mol-1②
根据盖斯定律,将①+②×4可得:
2CH3OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(g)△H=(-1453KJ/mol )+(+44.0kJ?mol-1)×4=-1277KJ/mol
故答案为:1:4;2CH3OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(g)△H=-1277KJ/mol;
(2)①化学平衡常数为生成物的浓度幂之积除以反应物的浓度幂之积,反应物的生成物都是气体,故平衡常数表达式为K=
,
根据H2(g)、CO(g)和CH3OH(l)的燃烧热△H分别为-285.8kJ?mol-1、-283.0kJ?mol-1和-726.5kJ?mol-1,可知:
H2(g)+
O2(g)=H2O(l)△H=-285.8kJ?mol-1 ①
CO(g)+
O2(g)=CO2(g)△H=-283.0kJ?mol-1②
CH3OH(l)+
O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)△H=-726.5KJ/mol ③
根据盖斯定律可知:将①×2+②-③可得:
CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)△H=(-285.8kJ?mol-1 )×2+(-283.0kJ?mol-1)-(-726.5KJ/mol)=-128.1KJ/mol,可知反应放热,故当
温度升高时该反应的平衡逆向移动,故平衡常数K的值会减小,
故答案为:
;减小;
②A、v生成(CH3OH)=v消耗(CO),都表示正反应速率,始终按此比例进行,不能说明反应到达平衡,故A错误;
B、混合气体的总质量不变,容器的容积不变,混合气体的密度始终不变,故混合气体的密度不再改变,不能说明到达平衡,故B错误;
C、根据混合气体的平均相对分子质量=
,而混合气体的总质量不变,平衡之前,混合气体的总物质的量在改变,故平衡之前混合气体的平均相对分子质量在改变,一旦不变了,说明反应达到平衡,故C正确;
D.平衡时各组分的浓度不变,CO、H2、CH3OH的浓度不再改变,但不一定相等,故D错误;
E、随着反应的进行,平衡之前,容器内混合气体的总的物质的量减小,故压强逐渐降低,当容器内气体的压强保持不变时,即说明反应到达平衡,故E正确.
故选CE;
③由化学平衡的三段模式法:将1molCO和3molH2充入一密闭恒容容器中,充分反应达到平衡后,当CO的转化率为25%时,CO反应掉0.25mol.
CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)
初始:1mol 3mol 0mol
△n:0.25mol 0.5mol 0.25mol
平衡:0.75mol 2.5mol 0.25mol
平衡时容器内的压强与起始压强之比=气体的物质的量之比=
=7:8,
故答案为:7:8;
④将容器的容积压缩到原来的
,压强增大,正逆反应速率都增大,平衡向正反应方向移动,CH3OH的物质的量增加,氢气的物质的量减少,但浓度增大,甲醇的物质的量增多,故有
减小,故选CD,故答案为:CD;
⑤根据某一时刻测得c(CO)=2.0mol?L-1,c(H2)=1.0mol?L-1,c(CH3OH)=4.0×10-4 mol?L-1,可知此时的浓度商Qc=
=
=2.0×10-4mol/L<2.4×10-4 ,可知此时反应未达平衡,而且平衡向右移,故v正>v逆,故答案为:否;>.
根据CH3OH(l)的燃烧热△H为-726.5kJ?mol-1可知:
2CH3OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(l)△H=-1453KJ/mol ①
又知:H2O(l)═H2O(g)△H=+44.0kJ?mol-1②
根据盖斯定律,将①+②×4可得:
2CH3OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(g)△H=(-1453KJ/mol )+(+44.0kJ?mol-1)×4=-1277KJ/mol
故答案为:1:4;2CH3OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(g)△H=-1277KJ/mol;
(2)①化学平衡常数为生成物的浓度幂之积除以反应物的浓度幂之积,反应物的生成物都是气体,故平衡常数表达式为K=
| C(CH3OH) |
| C(CO)?C2(H2) |
根据H2(g)、CO(g)和CH3OH(l)的燃烧热△H分别为-285.8kJ?mol-1、-283.0kJ?mol-1和-726.5kJ?mol-1,可知:
H2(g)+
| 1 |
| 2 |
CO(g)+
| 1 |
| 2 |
CH3OH(l)+
| 3 |
| 2 |
根据盖斯定律可知:将①×2+②-③可得:
CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)△H=(-285.8kJ?mol-1 )×2+(-283.0kJ?mol-1)-(-726.5KJ/mol)=-128.1KJ/mol,可知反应放热,故当
温度升高时该反应的平衡逆向移动,故平衡常数K的值会减小,
故答案为:
| C(CH3OH) |
| C(CO)?C2(H2) |
②A、v生成(CH3OH)=v消耗(CO),都表示正反应速率,始终按此比例进行,不能说明反应到达平衡,故A错误;
B、混合气体的总质量不变,容器的容积不变,混合气体的密度始终不变,故混合气体的密度不再改变,不能说明到达平衡,故B错误;
C、根据混合气体的平均相对分子质量=
| 混合气体的总质量 |
| 混合气体的总物质的量 |
D.平衡时各组分的浓度不变,CO、H2、CH3OH的浓度不再改变,但不一定相等,故D错误;
E、随着反应的进行,平衡之前,容器内混合气体的总的物质的量减小,故压强逐渐降低,当容器内气体的压强保持不变时,即说明反应到达平衡,故E正确.
故选CE;
③由化学平衡的三段模式法:将1molCO和3molH2充入一密闭恒容容器中,充分反应达到平衡后,当CO的转化率为25%时,CO反应掉0.25mol.
CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)
初始:1mol 3mol 0mol
△n:0.25mol 0.5mol 0.25mol
平衡:0.75mol 2.5mol 0.25mol
平衡时容器内的压强与起始压强之比=气体的物质的量之比=
| 0.75mol + 2.5mol + 0.25mol |
| 1mol + 3mol |
故答案为:7:8;
④将容器的容积压缩到原来的
| 1 |
| 2 |
| c(H2) |
| c(CH3OH) |
⑤根据某一时刻测得c(CO)=2.0mol?L-1,c(H2)=1.0mol?L-1,c(CH3OH)=4.0×10-4 mol?L-1,可知此时的浓度商Qc=
| 生成物浓度的幂之积 |
| 反应物浓度的幂之积 |
| 4.0×10-4mol?L-1 |
| (2.0mol?L-1)×(1.0mol?L-1)2 |
点评:本题考查了化学平衡常数表达式及计算、影响化学平衡移动的因素,题目知识面广,难度较大,做题时注意三段式的应用.
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