哥本哈根会议虽未能就减排问题达成有约束力的协议,但各国对于CO2对气候的影响达成了共识,都在积极研究方法循环利用CO2.CO2(g)与H2(g)反应可生成CH3OH(g)和H2O(g).某实验小组为研究该反应进行了如下实验.在某温度下,向容积为10L的恒温恒容容器中充入a mol CO2和a mol H2,测得不同时刻的c(H2)如右表.
时间/min | C(H2)/mol.L-1 |
0 | 0.40 |
2 | 0.28 |
4 | 0.19 |
6 | 0.13 |
8 | 0.08 |
10 | 0.04 |
12 | 0.04 |
(2)下列措施能使平衡体系中
增大的是______(填字母).c(CH3OH) c(CO2)
A、升高温度 B、充入Ar使压强增大
C、再充入0.5a mol CO2和0.5a mol H2D、将水从平衡体系中分离出来
(3)a=______,该温度下上述反应的平衡常数K=______(精确到0.1).
(4)在如图所示的坐标系中,画出CO2和H2的浓度随时间变化的图象.
(1)CO2(g)与H2(g)反应生成CH3OH(g)和H2O(g).由表中数据可知10min起氢气的浓度不再变化,且不为0,所以为可逆反应.反应方程式为CO2+3H2
CH3OH+H2O.
由表中数据可知氢气的起始浓度为0.40mol/L,平衡浓度为0.04mol/L,所以参加反应的氢气的物质的量为
(0.40mol/L-0.04mol/L)×10L=3.6mol,所以3mol氢气反应放出的热量为
×58.8kJ=49kJ,所以则上述反应的CO2+3H23mol 3.6mol
CH3OH+H2O的反应热△H=-49kJ/mol.
由表中数据可知10min内△c(H2)=0.40mol/L-0.04mol/L=0.36mol/L,所以v(H2)=
=0.036mol/(L•min).0.36mol/L 10min
速率之比等于化学计量数之比,所以v(CH3OH)=
v(H2)=1 3
×0.036mol/(L•min)=0.012mol/(L•min),1 3
故答案为:CO2+3H2
CH3OH+H2O;-49kJ/mol;0.012mol/(L•min);
(2)A、该反应为放热反应,升高温度,平衡向逆反应方向移动,c(CH3OH)减小,c(CO2)增大,所以
减小,故A错误;c(CH3OH) c(CO2)
B、充入Ar使压强增大,体积不变,反应混合气体浓度不变,平衡不移动.所以
不变,故B错误;c(CH3OH) c(CO2)
C、等效为开始充入1.5a mol CO2和1.5a mol H2,体积变为原来1.5倍,平衡后再将体积压缩为原来体积.增大压强平衡向体积减小的方向移动,即向正反应移动,c(CH3OH)增大,c(CO2)减小,所以
增大,故C正确;c(CH3OH) c(CO2)
D、将水从平衡体系中分离出来,生成物的浓度降低,平衡向正反应移动.c(CH3OH)增大,c(CO2)减小,所以
增大,故D正确.c(CH3OH) c(CO2)
故选:CD;
(3)由表中数据可知氢气的起始浓度为0.40mol/L,所以a=0.40mol/L×10L=4mol.
根据三段式求出各组分的浓度变化量、平衡时各组分的浓度,
由表中数据可知氢气的起始浓度为0.40mol/L,所以二氧化碳的起始浓度也为0.40mol/L,平衡时氢气浓度为0.04mol/L,
对于反应 CO2(g)+3H2(g)
CH3OH(g)+H2O(g)
开始(mol/L):0.4 0.4 0 0
变化(mol/L):0.12 0.4-0.04=0.36 0.12 0.12
平衡(mol/L):0.28 0.04 0.12 0.12
所以平衡常数k=
=c(CH3OH)•c(H2O) c(CO2)•c3(H2)
=803.6,0.12×0.12 0.28×0.043
故答案为:4mol;803.6;
(4)由(3)计算可知,二氧化碳、氢气的起始浓度为0.40mol/L.氢气的平衡浓度为0.04mol/L,二氧化碳的平衡浓度为0.28mol/L.
由方程式 CO2(g)+3H2(g)
CH3OH(g)+H2O(g)可知,相同时间内H2的浓度变化是CO2浓度变化的3倍,再根据表中氢气各时刻的浓度,计算二氧化碳的各时刻浓度.
作图如图所示:
,故答案为:
.