工业上在合成塔中采用下列反应合成甲醇:CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g)△H=QkJ/mol<br/>(1)判断该可逆反应达到平衡状态的标志是(填字母序号)______<br
工业上在合成塔中采用下列反应合成甲醇:CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g)△H=QkJ/mol(1)判断该可逆反应达到平衡状态的标志是(填字母序号)______a、生成CH3OH的速率与消耗CO的速率相等b、混合气体的密度不变c、混合气体的平均相对分子质量不变d、CH3OH、CO、H2的浓度都不再发生变化(2)如表所列数据是该可逆反应在不同温度下的化学平衡常数(K)
温度 | 250℃ | 300℃ | 350℃ |
K | 2.041 | 0.270 | 0.012 |
①由表中数据判断Q______ 0(填“>”、“<”或“=”)②某温度下,将2mol CO和6mol H2充入2L的密闭容器中,充分反应后,达到平衡测得c(CO)=0.2mol•L﹣1 , 此时对应的温度为______ ;CO的转化率为______(3)请在图中画出压强不同,平衡时甲醇的体积分数(φ)随温度(T)变化的两条曲线(在曲线上标出P1、P2、,且p1<P2)______(4)要提高CO的转化率,可以采取的措施是________(填字母序号).a、升温 b、加入催化剂 c、增加CO的浓度 d、通入H2加压账 e、通人惰性气体加压 f、电离出甲醇(5)已知一定条件下,CO与H2在催化剂的作用下生成5mol CH3OH时,能量的变化为454kJ.在该条件下,向容积相同的3个密闭容器中,按照甲、乙、丙三种不同的投料方式加人反应物,测得反应达到平衡时的有关数据如下:
容器 | 甲 | 乙 | 丙 | |
反应物投入量 | 1molCO、2molH2 | 1mol CH3OH | 2mol CH3OH | |
平衡时数据 | CH3OH的浓度(mol•L﹣1) | c1 | C2 | C3 |
反应吸收或放出的能量(KJ) | a | b | c | |
体系压强(Pa) | P1 | P2 | P3 | |
反应物转化率 | α1 | α2 | α3 |
下列说法正确的是______ (填字母序号).A、2c1>c3 B、a+b<90.8 C、2P2<P3 D、α1+α3<1.
cd;<;250℃;80%;因为该反应为气体体积减小且放热的反应,所以温度升高平衡逆向移动,增大压强平衡正向移动,据此可以画出图为;df;D
(1)a、CH3OH的生成速率与CO的消耗速率都表示正反应速率,自始至终反应速率都按1:1进行,不能说明到达平衡,故a错误;
b、都为气体,容器的体积不变,混合气体的总质量不变,密度自始至终为定值,不能说明可逆反应到达平衡,故b错误;
c、混合气体的总质量不变,随反应进行,混合气体的总的物质的量减小,即平均相对分子质量减小,最后为定值,说明可逆反应到达平衡状态,故c正确;
d、CH3OH、CO、H2的浓度都不再发生变化,说明可逆反应到达平衡状态,故d正确.
故选:cd;
(2)①由表中数据可知,温度越高,平衡常数越小,说明升高温度平衡向逆反应移动,升高温度平衡向吸热反应移动,故正反应为放热反应,即△H<0,
所以答案是:<;
②某温度下,将2mol CO和6mol H2充入2L的密闭容器中,充分反应10min后,达到平衡时测得c(CO)=0.2mol/L,
平衡时CO的物质的量为0.2mol/L×2L=0.4mol,所以CO的转化率为×100%=80%;
对于可逆反应:CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g)
开始(mol/L):1 3 0
变化(mol/L):0.8 1.6 0.8
平衡(mol/L):0.2 1.4 0.8
所以该温度下平衡常数k==2.041,平衡常数只受温度影响,故该温度为250℃.
所以答案是:250℃;80%;
(3)因为该反应为气体体积减小且放热的反应,所以温度升高平衡逆向移动,增大压强平衡正向移动,据此可以画出图为
所以答案是:
(4)a.升高温度,平衡向逆反应移动,平衡时CO的转化率减小,故a错误;
b.加入催化剂,缩短到达平衡时间,平衡不移动,CO转化率不变,故b错误;
c.增加CO的浓度,平衡向正反应移动,平衡时CO的转化率减小,故c错误;
d.加入H2加压,平衡向正反应移动,平衡时CO的转化率增大,故d正确;
e.加入惰性气体加压,反应混合物的浓度不变,变化不移动,故e错误;
f.分离出甲醇,平衡向正反应移动,平衡时CO的转化率增大,故f正确.
故选:df;
(5)A、丙的物质的量为甲的物质的量折算后的双倍,压强增大,平衡正向移动,所以2c1<c3 , 故A错误;
B、生成5mol CH3OH时,能量的变化为454kJ,则生成1mol甲醇,会放出90.8kJ的热,甲和乙是从不同方向进行的等效平衡,所以有a+b=90.8,故B错误;
C、丙的物质的量为乙的物质的量的双倍,压强增大,平衡向体积减小的方向移动,所以2P2>P3 , 故C错误;
D、丙的压强大于甲,平衡正向移动,甲醇的转化率减小,所以α1+α3<1,故D正确;
故选D.
【考点精析】通过灵活运用等效平衡,掌握在条件不变时,可逆反应不论采取何种途径,即由正反应开始或由逆反应开始,最后所处的平衡状态是相同;一次投料或分步投料,最后所处平衡状态是相同的,某一可逆反应的平衡状态只与反应条件(物质的量浓度、温度、压强或体积)有关,而与反应途径(正向或逆向)无关即可以解答此题.
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