题目内容

【题目】目前工业上可利用 CO 或 CO2 来生产燃料甲醇,某研究小组对下列有关甲醇制取的三 个化学反应进行了探究。已知在不同温度下的化学平衡常数(K1、K2、K3)如表所示。

化学反应

焓变

平衡 常数

温度/℃

500

700

800

①2H2(g)+CO(g)CH3OH(g)

ΔH1

K1

2.5

0.34

0.15

②CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)

ΔH2

K2

1.0

1.70

2.52

③CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)

ΔH3

K3

请回答下列问题:

(1)反应②是_____(填“吸热”或“放热”)反应;反应③的平衡常数表达式为 K=_____;

(2)根据反应①与②可推导出 K1、K2 与 K3 之间的关系,则 K3=_____(用 K1、K2 表示);根据反应③判断ΔS_____(填“>”“=”或“<”)0,在_____(填“较高”或“较低”)温度下有利于该反应自 发进行。

(3)要使反应③在一定条件下建立的平衡逆向移动,可采取的措施有___________ (填字母,后同)。

A.缩小反应容器的容积 B.增大反应容器的容积 C.升高温度

D.使用合适的催化剂 E.从平衡体系中及时分离出 CH3OH

(4)500 ℃时,测得反应③在某时刻,CO2(g)、H2(g)、CH3OH(g)、H2O(g)的浓度分别为 0.1 mol·L-1、0.8 mol·L-1、0.3 mol·L-1、0.15 mol·L-1,则此时 v(正)__________ v(逆)(填“>”“=”或“<”)。

【答案】吸热 K1×K2 < 较低 BC >

【解析】

(1)反应②平衡常数随温度升高增大,说明升高温度平衡正向进行,正反应是吸热反应,反应③的平衡常数表达式为 K=

故答案为:吸热;;

(2)反应③3H2(g)+CO2(g)═CH3OH(g)+H2O(g)是气体体积减小的反应△S<0;分析反应特征可知反应①+②可得反应③,则平衡常数K3=K1×K2,计算不同温度下反应③的平衡常数,500C时,K3=K1×K2=2.5×1.0=2.5,800C时,K3=K1×K2=2.52×0.15=0.375,结合温度变化分析,随温度升高,平衡常数减小,平衡逆向进行,所以判断反应③是放热反应,焓变△H<0,利用复合判据△G=△H-T△S < 0反应自发进行,所以反应③在只有在低温下能自发进行,

故答案为:K1×K2;<;较低;

(3)A.缩小反应容器的容积,缩小反应容器的容积,压强增大,平衡向正向移动,故A错误;

B.扩大反应容器的容积,扩大反应容器的容积,压强减小,平衡逆向移动,故B正确;

C.由于K3=K1×K2,由表中数据可知,升高温度平衡常数减小,平衡逆向移动,故C正确;

D.使用合适的催化剂,可以加快反应速率,但不影响平衡移动,故D错误;

E.从平衡体系中及时分离出CH3OH,生成物浓度减小,平衡正向移动,故E错误;

故选BC;

(4)500℃时K3=K1×K2=2.5,浓度商Qc= =1.4<K=2.5,反应向正反应进行,故v(正)>v(逆),

故答案为:>。

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①写出电解时反应的化学方程式_____________________________________________。

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