问题 问答题

研究和开发CO2和CO的创新利用是环境保护和资源利用的双赢的课题.

(1)CO可用于合成甲醇.在压强为0.1Mpa条件下,在体积为bL的密闭容器中充入amolCO和2amolH2,在催化剂作用下合成甲醇:CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g)平衡时CO的转化率与温度,压强的关系如图:

(i)该反应属于______反应:(填“吸热”或“放热”).

(ii)100℃时,该反应的平衡常数:K=______;(用a、b的代数式表示).若一个可逆反应的平衡常数K值很大,对此反应的说法正确的是:______填序号)

a.该反应使用催化剂意义不大;

b.该反应发生将在很短时间内完成;

c.该反应达到平衡时至少有一种反应物百分含量很小;

d.该反应一定是放热反应;

(iii)在温度和容积不变的情况下,再向平衡体系中充入amolCO,2amolH2,达到平衡时CO转化率______(填“增大”,“不变”或“减小”,下同)平衡常数:______.

(iv)在某温度下,向一容积不变的密闭容器中充入2.5molCO,7.5molH2,反应生成CH3OH(g),达到平衡时,CO转化率为90%,此时容器内压强为开始时的压强______倍.

(2)某温度条件下,若将CO2(g)和H2(g)以体积比1:4混合,在适当压强和催化剂作用下可制得甲烷,已知:

CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)△H=-890.3KJ/mol

H2(g)+

1
2
O2(g)=H2O(l)△H=-285.8KJ/mol

则CO2(g)和H2(g)反应生成液态水的热化学方程式为:______.

答案

(1)(i)由图可知,压强一定时,随温度升高,CO的转化率降低,故升高温度平衡向逆反应移动,则正反应为放热反应;

故答案为:放热;

(ii)100℃,平衡时CO的转化率为0.5,所以参加反应的CO的物质的量为0.5amol.

CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g);

开始(mol):a 2a0

变化(mol):0.5a a0.5a

平衡(mol):0.5a a0.5a

所以平衡时,CO的浓度为

0.5amol
bL
=
a
2b
mol/L,H2的浓度为
a
b
=mol/L,CH3OH的浓度为
0.5amol
bL
=
a
2b
mol/L,100℃时该反应的平衡常数k═
a
2b
a
2b
(
a
b
)2
=
b2
a2

a.可逆反应的平衡常数很大,说明反应进行的程度很大,不能说明该反应在通常条件下一定可以发生,该反应可能需要催化剂才可以进行,故a错误;

b.可逆反应的平衡常数很大,说明反应进行的程度很大,不能说明该条件下反应速率很快,故b错误;

c.可逆反应的平衡常数很大,说明反应进行的程度很大,反应达平衡时至少有一种反应物的百分含量很小,故c正确;

d.可逆反应的平衡常数很大,说明反应进行的程度很大,不能说明该反应是吸热还是放热,故d错误,

故答案为:

b2
a2
,c;

(iii)在温度和容积不变的情况下,再向平衡体系中充入amolCO(g)、2amolH2(g),等效为在原平衡的基础上增大一倍压强,平衡向正反应移动,CO的转化率增大,化学平衡常数只受温度影响,与浓度无关,温度不变,平衡常数不变,

故答案为:增大;不变;

(iv)参加反应的CO的物质的量为2.5mol×90%=2.25mol,则:

CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g) 物质的量减少△n

1 2

2.25mol 4.5mol

故平衡时总的物质的量为2.5mol+7.5mol-4.5mol=5.5mol,恒温恒容下压强之比等于物质的量之比,故平衡时容器内压强为开始时压强的

5,5mol
2.5mol+7.5mol
=0.55倍,

故答案为:0.55;

(2)已知:①CH4(g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(l)△H1=-890.3kJ•mol-1

②H2(g)+

1
2
O2(g)═H2O(l)△H2=-285.8kJ•mol-1

利用盖斯定律,将②×4-①可得:CO2(g)+4H2(g)=CH4(g)+2H2O(l)△H=4×(-285.8kJ•mol-1)-(-890.3kJ•mol-1)=-252.9kJ•mol-1

故答案为:CO2(g)+4H2(g)=CH4(g)+2H2O(l)△H=-252.9kJ•mol-1

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