原创工业上一般在恒容密闭容器中用H2和CO生产燃料甲醇,反应方程式为
CO(g)+2H2(g)
CH3OH(g)△H
(1)下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°C | 300°C | 350°C |
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______.
(2)在100℃压强为0.1MPa条件下,容积为V L某密闭容器中a mol CO与 2a mol H2在催化剂作用下反应生成甲醇,达平衡时CO的转化率为50%,则100℃该反应的平衡常数K=______(用含a、V的代数式表示并化简至最简单的形式).此时保持温度容积不变,再向容器中充入a mol CH3OH(g),平衡______(向正反应方向、向逆反应方向)移动,再次达到新平衡时,CO的体积分数______.(减小、增大、不变)
(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.恒容充入H2 E.恒压充入惰性气体 F.分离出甲醇
(4)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
(5)300°C,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,测得反应达到平衡的有关数据如下:
容器 | 甲 | 乙 | 丙 | |
反应物投入量 | 1molCO、2moL H2 | 1molCH3OH | 2molCH3OH | |
平 衡 时 的 数 据 | CH3OH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 |
①c1、c2、c3的关系表达正确的为______
A c3>2c1 B c1<c3<2c1 C c1=c2
②a、b、c的关系表达正确的为______
A c<2|△H|B a+b=|△H|C c=2b
③p1、p2、p3的关系不正确的为______
A p1=p2 B p2<p3<2p2 C p3>2p2
④a1、a2、a3的关系表达不正确的为______
A a1=a2 B a3<a2 C a1+a2=1.
(1)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 2.0mol
CO(g)+2H2(g)
CH3OH(g)
起始:1mol/L 3mol/L
转化:0.8mol/L 1.6mol/L 0.8mol/L
平衡:0.2mol/L 1.4mol/L 0.8mol/L
所以:k=
=2.041(mol/L)-2,温度应为250℃,0.8mol/L 0.2mol/L×(1.4mol/L)2
故答案为:80%;250℃;
(2)
CO(g)+2H2(g)
CH3OH(g)
起始:
mol/L a V
mol/L O2a V
转化:0.5×
mol/L a V
mol/L 0.5×a V
mol/L a V
平衡:0.5×
mol/L a V
mol/L 0.5×a V
mol/L a V
k=
,V2 a2
再向容器中充入a mol CH3OH(g),生成物浓度增大,平衡向逆反应方向移动,再次达到新平衡时,虽然CO的物质的量增多,但比总物质的量的增多要小,CO的体积分数反而减小,
故答案为:
;向逆反应方向;减小;V2 a2
(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.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.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;
(5)甲乙为等效平衡,则有:c1=c2、a1=a2、a+b=|△H|、p1=p2;
甲丙相比较,相当于在甲的基础上压缩容器体积,则平衡向正反应方向移动,
则有:c3>2c1、c<2|△H|、p2<p3<2p2、a3<a2,
故答案为:AC;AB;C;A.