(14分)能源短缺是人類面臨的重大問題。甲醇是一種可再生能源,具有廣泛的開發(fā)和應用前景,因此甲醇被稱為21世紀的新型燃料。工業(yè)上用CO生產(chǎn)燃料甲醇,一定條件下發(fā)生反應:CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)。圖1表示反應中能量的變化;圖2表示一定溫度下,在體積為2L的密閉容器中加入4mol H2和一定量的CO后,CO和CH3OH(g)的濃度隨時間變化圖。
請回答下列問題:
(1)在“圖1”中,曲線 (填“a”或“b”)表示使用了催化劑;該反應屬于 (填“吸熱”或“放熱”)反應。
(2)根據(jù)“圖2”判斷,下列說法不正確的是
A.起始充入的CO為1mol
B.增加CO濃度,CO的轉(zhuǎn)化率增大
C.容器中壓強恒定時,反應已達平衡狀態(tài)
D.保持溫度和密閉容器容積不變,再充入1molCO和2molH2,再次達到平衡時n(CH3OH)/n(CO)會增大
(3)從反應開始到建立平衡, v(H2)= ;該溫度下CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)的化學平衡常數(shù)為 。若保持其它條件不變,將反應體系升溫,則該反應的化學平衡常數(shù)將 (填“增大”、“減小”或“不變”)。
(4)請在“圖3”中畫出平衡時甲醇蒸氣百分含量(縱坐標)隨溫度(橫坐標)變化的曲線,要求畫壓強不同的2條曲線(在曲線上標出P1、P2,且P1>P2)。
(5)科學家常用 (填儀器名稱)來直接測定某一反應的反應熱,現(xiàn)測得:CH3OH(g)+3/2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-192.9kJ/mol,又知H2O(l)= H2O(g) ΔH=+44 kJ/mol,請寫出32g的CH3OH(g)完全燃燒生成液態(tài)水的熱化學方程式 。
(1)b(1分) 放熱(1分) (2)AB(2分)
(3)0.15mol·L-1·min-1(2分) 12(2分) 減小(1分)
(4) (2分)
(5) 量熱計(1分) CH3OH(g)+3/2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-280.9kJ/mol(2分)
【解析】(1)催化劑能降低活化能,從而加快反應速率,所以b曲線不是使用了催化劑。根據(jù)圖像可知,反應物的總能量大于生成物的總能量,所以是放熱反應。
(2)根據(jù)圖像可知,CO的濃度減少,甲醇的濃度增加,所以起始時CO時1.0mol/L×2=2.0mol,A不正確。增加CO的濃度,平衡顯正反應方向移動,可以提高氫氣的轉(zhuǎn)化率,但會降低CO的轉(zhuǎn)化率,B不正確。反應前后體積是減小的,所以壓強也是減小的,C正確。D中相當于增大壓強,平衡向正反應方向移動,n(CH3OH)/n(CO)會增大,D正確,答案選AB。
(3)平衡時生成甲醇0.75mol/L,所以消耗氫氣是0.75mol/L×2=1.5mol/L,則氫氣的反應速率是1.5mol/L÷10min=0.15mol·L-1·min-1。平衡時氫氣的濃度是2.0mol/L-1.5mol/L=0.5mol/L,素平衡常數(shù)為。升高溫度,平衡向逆反應方向移動,平衡常數(shù)減小。
(4)正反應是體積減小的、放熱的可逆反應。所以溫度越高甲醇的含量越低。但壓強越大,甲醇的含量越高,圖像為(見答案)。
(5)直接測定反應熱的是量熱計。根據(jù)蓋斯定律可知①-②×2即得到CH3OH(g)+3/2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l),所以反應熱是-192.9kJ/mol-44 kJ/mol×2=-280.9kJ/mol。
科目:高中化學 來源: 題型:
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科目:高中化學 來源: 題型:
溫度 | 250℃ | 300℃ | 350℃ |
K | 2.041 | 0.270 | 0.012 |
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溫度 | 250℃ | 300℃ | 350℃ |
K | 2.041 | 0.270 | 0.012 |
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溫度 | 250℃ | 300℃ | 350℃ |
K | 2.041 | 0.270 | 0.012 |
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