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【题目】能源问题是现代社会发展的三大基本问题之一。

(1)焦炭可用于制取水煤气。实验测得1.2g碳与水蒸气完全反应生成水煤气时,吸收了13.16kJ热量。该反应的热化学方程式为___;该反应在条件下能自发进行___(选“高温”、“低温”或“任意温度”)。

(2)甲醇(CH3OH)广泛用作燃料电池的燃料,工业上可由CO和H2来合成,化学方程式为CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)。如图是在不同温度下CO的转化率随时间变化的曲线。

①T1___T2(填“>”、“<”或“=”)。T1和T2温度下的平衡常数大小关系是K1___(填“>”、“<”或“=”)K2。

②若容器容积不变,下列措施不能增加CO转化率的是___(填字母)。

a.降低温度

b.将CH3OH(g)从体系中分离

c.使用合适的催化剂

d.充入He,使体系总压强增大

③生成甲醇的化学反应速率(v)与时间(t)的关系如图所示。则图中t2时采取的措施可能是___;t3时采取的措施可能是___。

④若在T1℃时,往一密闭容器通入等物质的量CO和H2测得容器内总压强1MPa,40min达平衡时测得容器内总压强为0.6MPa,计算生成甲醇的压强平衡常数KP=___(MPa)-2(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)。

【答案】C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) △H=+131.6kJ·mol-1 高温 < > cd 加压 加入催化剂 66.7

【解析】

(1) 1.2g碳的物质的量为0.1mol,与水蒸气完全反应生成CO、H2,吸收13.16kJ热量,则1molC与水蒸气完全反应生成CO、H2,吸收131.6kJ热量,据此书写热化学方程式;依据△G=△H-T△S<0分析判断;

(2)①由达到平衡所需要的时间长短知温度的大小关系,根据温度对平衡移动的影响来回答判断;②根据影响化学平衡的因素分析判断;③由图可知,t2时正逆反应速率均增大,且正反应速率大于逆反应速率,平衡正向移动;t3时正、逆反应速率均增大,正反应速率=逆反应速率,平衡不移动,结合化学平衡的因素分析判断;④同温同体积条件下,气体的物质的量之比=压强之比,结合三段式计算。

(1)1.2g碳的物质的量为0.1mol,与水蒸气完全反应生成CO、H2,吸收13.16kJ热量,则1molC与水蒸气完全反应生成CO、H2,吸收131.6kJ热量,反应的热化学方程式为:C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) △H=+131.6kJmol-1;

C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g),该反应是气体体积变大的反应,体系混乱度变大,则△S>0;△G=△H-T△S<0,反应能自发进行,而△H>0,△S>0,说明在高温条件下△G才为负值;

(2)①由达到平衡所需要的时间长短知T1<T2,当温度由T2→T1,即降温时,CO的转化率增大,说明降低温度时平衡向右移动,故正反应是放热反应;放热反应,温度越低,平衡常数越大,则K1>K2;

②A.降低温度,平衡正向移动,CO转化率增大,故错误;

B.将CH3OH(g)从体系中分离,平衡正向移动,CO转化率增大,故错误;

C.使用合适的催化剂,平衡不移动,CO转化率不变,故正确;

D.充入He,使体系总压强增大,各组分的浓度不变,平衡不移动,CO转化率不变,故正确;

答案为:cd;

③由图可知,t2时正、逆反应速率均增大,且正反应速率大于逆反应速率,因反应为气体体积减小的放热反应,可知t2时采取的措施可能是增大压强。t3时正、逆反应速率均增大,正反应速率=逆反应速率,平衡不移动,可知t3时采取的措施可能是加入催化剂;

④同温同体积条件下,气体的物质的量之比等于压强之比,设CO和H2的物质的量为1mol,转化的CO为xmol,则

则=,解得:x=0.4,则CO、H2、CH3OH的平衡分压分别为×0.6MPa=0.3MPa、×0.6MPa=0.1 MPa、×0.6MPa=0.2 MPa,则KP==66.7(MPa)-2。

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