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.
(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=
,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;气体质量 气体体积
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=
=0.3mol/L•min;1.5mol 1L 5min
平衡常数K=
=1.35(mol/L)2;(
)3×0.51.5 1 0.5×2.5
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=
=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,1×33 1×5
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.