问题 问答题

在恒温恒容的密闭容器中,工业上常用反应①制备甲醇:CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g)△H1<0;其中的原料气常用反应②来制备:CH4(g)+H2O(g)⇌CO(g)+3H2(g)△H2.根据题意完成下列各题:

(1)判断反应①达到平衡状态的标志是______(填字母).

a.CO体积分数保持不变

b.CO和CH3OH浓度相等

c.容器中气体的压强不变

d.CH3OH的生成速率与CO的消耗速率相等

e.容器中混合气体的密度保持不变

(2)欲提高反应①CO中的转化率,下列措施可行的是______(填字母).

a.向装置中再充入N2

b.升高温度

c.改变反应的催化剂

d.向装置中再充入H2

(3)一定条件下,反应②中CH4的平衡转化率与温度的关系如图所示.则△H2______0(填“<”、“>”或“=”).在T℃时的1L密闭容器中,充入1molCH4和3molH2O(g),发生反应②,经过5min达到平衡,此时CH4的转化率为50%,则从开始到平衡,H2的平均反应速率为______,T℃时该反应的平衡常数为______;

(4)若向此1L密闭容器中,加入1molCH4、5molH2O(g)、1molCO和3molH2,发生反应②,若温度仍为T℃,此时v(正)______v(逆)(填“<”、“>”或“=”).若改变反应温度,达到新平衡时,______mol<n(H2O)<______mol.

答案

(1)恒温恒容的容器内进行反应CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g)

a.平衡状态各组分的含量不变,CO体积分数保持不变,证明反应达到平衡,故a正确;

b.甲醇和一氧化碳的起始量和消耗量决定,容器中甲醇浓度与CO浓度相等不能证明反应达到平衡,故B错误;

c.反应前后是气体体积减小的反应,容器中气体的压强不变,说明反应达到平衡状态,故c正确

d.化学反应速率之比等于化学方程式中计量数之比,CH3OH的生成速率与CO的消耗速率相等,说明甲醇和一氧化碳正反应速率相同,反应正向进行不能说明反应达到平衡,故d错误;

e.容器中混合气体的密度保持不变,混合气体的密度=

气体质量
气体体积
,反应过程中气体质量守恒,容器体积相同,密度不变,不能证明反应达到平衡,故e错误;

故答案为:ac;

(2)CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g),

a.向装置中再充入N2,恒温恒容条件下,体系总压增大,分压不变,平衡不动,故a不符合;

b.反应是放热反应,升高温度平衡那你想进行,转化率减小,故b不符合;

c.改变反应的催化剂,改变反应速率,不能改变化学平衡,转化率不变,故c不符合;

d.向装置中再充入H2,提高一氧化碳转化率,故d正确;

故答案为:d;

(3)图象变化分析甲烷转化率随温度升高增大,说明平衡正向进行,正反应是吸热反应,△H>0,在T℃时的1L密闭容器中,充入1mol CH4和3mol H2O(g),发生反应②,经过5min达到平衡,此时CH4的转化率为50%,则

CH4(g)+H2O(g)⇌CO(g)+3H2(g)

起始量(mol) 1 3 0 0

变化量(mol)0.5 0.5 0.5 1.5

平衡量(mol)0.5 2.5 0.5 1.5

H2的平均反应速率=

1.5mol
1L
5min
=0.3mol/L•min;

平衡常数K=

(
1.5
1
)3×0.5
0.5×2.5
=1.35(mol/L)2

故答案为:>;0.3mol/L•min,1.35;

(4)若向此1L密闭容器中,加入1mol CH4、5mol H2O(g)、1mol CO和3mol H2,发生反应②,若温度仍为T℃.平衡常数K=1.35,Qc=

33
1×5
=5.4>1.35,所以反应逆向进行,v(正)<v(逆),若改变反应温度,达到新平衡时,

CH4(g)+H2O(g)⇌CO(g)+3H2(g)

15 1 3

0 4 2 4

26 0 2

得到水蒸气的物质的量介于4-6间;

故答案为:<;4;6.

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