问题 问答题

目前工业上有一种方法是用CO2来生产燃料甲醇.CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g)△H=-49.0kJ/mol,为探究反应原理,现进行如下实验:

在体积为1L的密闭容器中,充入1molCO2和4molH2,一定条件下发生反应:测得CO2和CH3OH(g)的浓度随时间变化如图所示.

(1)从反应开始到平衡,氢气的平均反应速率v(H2)=______mol/(L•min).

(2)该反应的平衡常数表达式为______.

(3)下列措施中能使n(CH3OH)/n(CO2)增大的是______.

A.升高温度B.充入He(g),使体系压强增大

C.将H2O(g)从体系中分离D.再充入1molCO2和4molH2

(4)如果在相同的容器中事先充入1molCH3OH和1molH2O,为了使反应达到的化学平衡和上述一样,则起始还需加入H2的物质的量为______.

答案

(1)由图可知,10min到达平衡,平衡时甲醇的浓度变化为0.75mol/L,由方程式CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O可知,氢气的浓度变化等于甲醇的浓度变化量为0.75mol/L×3=2.25mol/L,故v(H2)=

2.25mol/L
10min
=0.225mol/(L•mon),

故答案为:0.225;

(2)反应CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g)的平衡常数k=

c(CH3OH)•c(H2O)
c(CO2)•c3(H2)

故答案为:

c(CH3OH)•c(H2O)
c(CO2)•c3(H2)

(3)使n(CH3OH)/n(CO2)应采取措施,使平衡向正反应移动,注意不能增大二氧化碳或降低甲醇的量,

A、该反应正反应是放热反应,升高温度平衡向逆反应移动,n(CH3OH)/n(CO2)减小,故A错误,

B、充入He(g),使体系压强增大,容器的容积不变,反应混合物的浓度不变,平衡不移动,n(CH3OH)/n(CO2)不变,故B错误,

C、将H2O(g)从体系中分离,平衡向正反应移动,n(CH3OH)/n(CO2)增大,故C正确,

D、再充入1molCO2和4molH2,相当于充入1molCO2和3molH2,达平衡后再通入1molH2.等效为增大压强,平衡向正反应移动,n(CH3OH)/n(CO2)增大,再通入1molH2,平衡向正反应移动,n(CH3OH)/n(CO2)增大,故D正确;

故答案为:CD;

(4)在相同的容器中事先充入1molCH3OH和1molH2O,按化学计量数转化到左边得到n(CO2)=1mol,n(H2)=3mol,使反应达到的化学平衡与原平衡相同,故起始还需加入H2的物质的量为4mol-3mol=1mol,

故答案为:1mol.

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