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【題目】COH2可作為能源和化工原料,應用十分廣泛。常利用煤氣化過程中生成的COH2來制備甲醇。

(1)請根據圖示寫出該反應的熱化學方程式:_______________;圖中使用催化劑曲線是_______(“a”“b”)。

(2)已知:C(s)+O2(g)=CO2(g) ΔH1=393.5 kJ/mol

C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) ΔH2=+131.3 kJ/mol

則反應CO(g)+H2(g)+O2(g)=H2O(g)+CO2(g)ΔH=______________kJ/mol

(3)反應CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g)的平衡常數隨溫度的變化如下表所示。

溫度/

400

500

830

1000

平衡常數K

10

9

1

0.6

①從上表可以推斷:此反應是__________(”)熱反應。

②在830 ℃下,若開始時向恒容密閉容器中充入COH2O均為1 mol,則達到平衡后CO的轉化率為___________________。

(4)汽車排氣管上的催化轉化器發(fā)生如下反應:2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g) H<0,在一定溫度下,將一定量的NOCO充入2 L固定容積的容器中,回答以下問題:

①能說明該反應達到平衡狀態(tài)的是_____________(填字母標號)

A. 2v(NO)=v(N2) B. 混合氣體的平均相對分子質量保持不變

C. 氣體總壓強不再變化 D. ΔH保持不變

E.混合氣體的密度不再變化

②從反應開始到5 min,生成了0.08 mol N2,則5 minv(CO)=__________mol/(L·min)。

25 min時,物質濃度變化如圖所示,則改變的條件可能是________(填字母標號)。

A. 縮小容器體積 B. 增加NO的濃度

C. 降低溫度 D. 升高溫度

【答案】CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g) H=-91 kJ/mol b -524.8 50% BC 0.016 mol/(L·min) D

【解析】

(1)根據反應物與生成物的總能量來分析吸熱還是放熱,并書寫熱化學反應方程式,催化劑降低反應活化能,但不改變反應熱效應;

(2)根據①C(s)+O2(g)=CO2(g) H1=-393.5 kJ/mol;

C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) H3=+131.3 kJ/mol;

利用蓋斯定律,將①-②可得反應CO(g)+H2(g)+O2(g)=H2O(g)+CO2(g)的反應熱;

(3)①平衡常數隨溫度升高減小,說明升高溫度,化學平衡逆向進行,逆反應是吸熱反應,則該反應的正反應是放熱反應;

②依據830℃的化學平衡常數的數值,結合平衡常數的含義計算一氧化碳的轉化率;

(4)①根據平衡狀態(tài)的特征是動態(tài)平衡,各物質的量不再隨時間變化而變化,據此逐一分析判斷;

②從反應開始到5 min,生成了N2 0.08 mol,CO的變化量是0.08 mol×2=0.16 mol,則5 min 內根據v(CO)=計算;

③平衡時一氧化碳的濃度增大,平衡向逆反應方向移動,

A.縮小容器體積平衡向正反應方向移動;

B.增增加NO的濃度平衡向正反應方向移動;

C.降低溫度平衡向正反應方向移動;

D.升高溫度平衡向逆反應方向移動。

(1)反應物的總能量為419 kJ,生成物的總能量為510 kJ,則該反應為放熱反應,放出的熱量為419 kJ-510 kJ=-91 kJ,熱化學方程式為CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g) H=-91 kJ/mol;曲線b降低了反應活化能,應該是反應使用了催化劑,故合理選項是b

(2)根據①C(s)+O2(g)=CO2(g) H1=-393.5 kJ/mol;

C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) H3=+131.3kJ/mol

利用蓋斯定律,將①-②可得反應CO(g)+H2(g)+O2(g)=H2O(g)+CO2(g),H=-393.5kJ/mol-131.3kJ/mol=-524.8 kJ/mol

(3)①根據圖表中平衡常數K與溫度的關系,可知:溫度升高化學平衡常數減小,說明升高溫度,平衡逆向移動,逆反應是吸熱反應,則該反應的正反應是放熱反應;

②在830℃,平衡常數K=1,若開始時向恒容密閉容器中充入COH2O均為1 mol,設反應達到平衡一氧化碳反應物質的量為x,則根據方程式式中物質轉化關系可知平衡時各種氣體的物質的量n(CO)=n(H2O)=1-x,n(H2)=n(CO2)=x=1,解得x=0.5 mol,所以達到平衡后CO的轉化率=×100%=50%;

(4)A.該反應達到平衡狀態(tài)時應有v(NO)=2v(N2),A錯誤;

B.混合氣體的相對分子質量不變,說明氣體的總物質的量不變,反應達平衡狀態(tài),B正確;

C.氣體總壓強不變,說明氣體的總物質的量不變,反應達平衡狀態(tài),C正確;

DH只與具體熱化學方程式有關,與反應物的量的變化無關,無法判斷反應達到平衡狀態(tài),D錯誤;

E.混合氣體的體積和質量始終不變,因此混合氣體的密度也始終不變,因此不能根據密度不再變化,判斷反應是否達到平衡狀態(tài),E錯誤;

故合理選項是BC;

②從反應開始到5 min,生成了N2 0.08 mol,則5 min v(CO)=×2=0.016 mol/(L·min);

③反應2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g) H<0的正反應為氣體體積減小的放熱反應,根據圖象可知:平衡時一氧化氮的濃度增大,N2的濃度減小,平衡向逆反應方向移動。

A.縮小容器體積,化學平衡向正反應方向移動,A不符合題意;

B.增加NO的濃度平衡,化學平衡向正反應方向移動,B不符合題意;

C.降低溫度,化學平衡向正反應方向移動,C不符合題意;

D.升高溫度,化學平衡向吸熱的逆反應方向移動,D符合題意;

故合理選項是D。

練習冊系列答案
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(1)x=________

(2)平衡時容器中B的體積分數為________;

(3)該溫度下此反應的平衡常數表達式為_____________,數值是__________;

(4)下列各項能表示該反應達到平衡狀態(tài)的是________________________

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B.容器中A、B的物質的量n(A)n(B) =21

C.氣體的平均相對分子質量不再變化

D.壓強不再變化

E.氣體密度不再變化

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②為獲得盡可能純的NaH2PO4,pH應控制在______________________________。

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