工业上一般在恒容密闭容器中可以采用下列反应合成甲醇:CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g)
(1)判断反应达到平衡状态的依据是(填字母序号,下同)______.
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.混合气体的相对平均分子质量不变
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 |
②某温度下,将2molCO和6molH2充入2L的密闭容器中,充分反应后,达到平衡时测得c(CO)=0.2mol/L,则CO的转化率为______,此时的温度为______.
(3)要提高CO的转化率,可以采取的措施是______.
a.升温b.加入催化剂c.增加CO的浓度
d.加入H2加压e.加入惰性气体加压f.分离出甲醇
(4)一定条件下,CO与H2在催化剂的作用下生成5molCH3OH的能量变化为454kJ.在该温度时,在容积相同的3个密闭容器中,按不同方式投入反应物,保持恒温、恒容,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 | 1molCH3OH | 2molCH3OH | |
平衡时数据 | CH3OH的浓度(mol/L) | c1 | c2 | c3 |
反应的能量变化 | akJ | bkJ | ckJ | |
体系压强(Pa) | p1 | p2 | p3 | |
反应物转化率 | α1 | α2 | α3 |
A.2c1>c3B.a+b<90.8C.2p2<p3D.α1+α3<1.
(1)A.无论是否达到平衡状态,生成CH3OH的速率与消耗CO的速率相等,故A错误;
B.无论是否达到平衡状态,气体的质量不变,容器的体积不变,则混合气体的密度不变,故B错误;
C.随反应进行,气体的总的物质的量减小,混合混合气体的总质量不变,平均相对分子质量增大,混合气体的相对平均分子质量不变,说明反应达到平衡状态,故C正确;
D.CH3OH、CO、H2的浓度都不再发生变化,说明反应达到平衡状态,故D正确.
故答案为:CD;
(2)①温度升高,K减小,说明升高温度平衡向逆反应方向移动,则正反应为放热反应,故答案为:<;
②达到平衡时测得c(CO)=0.2mol/L,则转化的CO的物质的量为2.0mol-0.2mol/L×1L=1.6mol,
所以CO的转化率为
×100%=80%,则:1.6mol 2mol
CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g)
起始(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:k=
=2.04,温度应为250℃,0.8 0.2×1.42
故答案为:80%;250℃;
(3)a.升温,平衡向逆反应方向移动,CO的转化率的减小,故a错误;
b.加入催化剂,平衡不移动,转化率不变,故b错误;
c.增加CO的浓度,CO的转化率的减小,故c错误;
d.恒容充入H2,平衡向正反应方向移动,转化率增大,故d正确;
e.恒压充入惰性气体,平衡不移动,转化率不变,故e错误;
f.分离出甲醇,平衡向正反应方向移动,转化率增大,故f正确.
故答案为:df;
(4)A、甲、丙相比较,把甲等效为开始加入1molCH3OH,丙中甲醇的物质的量为甲的2倍,压强增大,对于反应CH3OH(g)⇌CO(g)+2H2(g),平衡向生成甲醇的方向移动,故2c1<c3,故A错误;
B、由题目可知生成1molCH3OH的能量变化为
=90.8kJ,甲、乙平衡状态相同,令平衡时甲醇为nmol,对于甲容器,a=90.8n,等于乙容器b=90.8(1-n),故a+b=90.8,故B错误;454kJ 5
C、比较乙、丙可知,丙中甲醇的物质的量为乙的2倍,压强增大,对于反应CH3OH(g)⇌CO(g)+2H2(g),平衡向生成甲醇的方向移动,故2p2>p3,故C错误;
D、甲、乙处于相同的平衡状态,则α1+α2=1,由C的分析可知α2>α3,所以a1+a3<1,故D正确,
故答案为:D.