Ⅰ:由于温室效应和资源短缺等问题,如何降低大气中的CO2含量并加以开发利用,引起了各国的普遍重视.目前工业上有一种方法是用CO2生产燃料甲醇.一定条件下发生反应:CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g),△H<0
(1)该反应平衡常数K的表达式为______.温度降低,平衡常数K______(填“增大”、“不变”或“减小”).
(2)为探究反应原理,现进行如下实验:在体积为1L的密闭容器中,充入1molCO2和3molH2,测得CO2和CH3OH(g)的浓度随时间变化如图1所示.从反应开始到平衡,用氢气浓度变化表示的平均反应速率v(H2)为______.
(3)下列措施中能使n(CH3OH)/n(CO2)增大的有______.
A.升高温度;B.加入催化剂;C.将H2O(g)从体系中分离;D.再充入1mol CO2和3mol H2;
E.充入He(g),使体系总压强增大.
(4)如图2所示,在甲、乙两容器中分别充入物质的量之比为1:3的CO2和H2,使甲、乙两容器初始容积相等.在相同温度下发生反应,并维持反应过程中温度不变.甲和乙相比,转化程度更大的是______,且知乙容器中CO2的转化率随时间变化的图象如图3所示,请在图3中画出甲容器中CO2的转化率随时间变化的图象.并请说明以CO2为原料生产燃料甲醇的优点是______(写出一条即可).
Ⅱ:一定常温下,FeS的KSP=2.5×10-18,H2S饱和溶液在该温度下,[H+]与[S2-]存在着以下关系:[H+]2•[S2-]=1.0×10-21.在该温度下,将适量FeS投入H2S饱和溶液中,欲使溶液中[Fe2+]达到1mol/L,应调节溶液的pH为______(用对数形式表示).(写出计算过程)
(1)已知CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g),△H<0,则其平衡常数的表达式为:K=
;已知该反应正方向为放热方向,所以降低温度平衡正移,则平衡常数K增大,c(CH3OH)•c(H2O) c(CO2)•c3(H2)
故答案为:K=
;增大;c(CH3OH)•c(H2O) c(CO2)•c3(H2)
(2)从反应开始到平衡,v(CO2)=
=0.075mol•L-1•min-1,速率之比等于化学计量数之比,故v(H2)=3×0.075mol•L-1•min-1=0.225 mol•L-1•min-1,故答案为:0.225 mol•L-1•min-1;1mol/L-0.25mol/L 10min
(3)要使
增大,应使平衡向正反应方向移动,n(CH3OH) n(CO2)
A.因正反应放热,升高温度平衡向逆反应方向移动,则
减小,故A错误;n(CH3OH) n(CO2)
B.加入催化剂,平衡不移动,则n
不变,故B错误;n(CH3OH) n(CO2)
C.将H2O(g)从体系中分离,平衡向正反应方法移动,则
增大,故C正确;n(CH3OH) n(CO2)
D.再充入1mol CO2和3mol H2,等效于在原来基础上缩小体积一半,压强增大,平衡向正反应方向移动,则
增大,故D正确;n(CH3OH) n(CO2)
E.充入He(g),使体系压强增大,但对反应物质来说,浓度没有变化,平衡不移动,
不变,故E错误;n(CH3OH) n(CO2)
故答案为:CD;
(4)在甲、乙两容器中分别充入物质的量之比为1:3 的CO2和H2,使甲、乙两容器初始容积相等,由图可知,甲的压强不变,乙的体积不变,由反应可知乙的压强会减小,则甲的压强大于乙的压强,所以甲容器中CH4的转化率大;由于甲中压强大,则甲的反应速率快,达到平衡的时间短,所以甲容器中CO2的转化率随时间变化的图象为:;以CO2为原料生产燃料甲醇,能使CO2废弃物利用,有利于环保,
故答案为:甲;;废弃物利用,有利于环保;
Ⅱ:要使溶液中[Fe2+]达到1mol/L,则[S2-]=
=2.5×10-18mol/L,已知H2S饱和溶液在该温度下,[H+]与[S2-]存在着以下关系:[H+]2•[S2-]=1.0×10-21,所以溶液中[H+]=2×10-2mol/L,则pH=2-lg2,Ksp [Fe2+]
故答案为:2-lg2.