问题 填空题

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/minC(H2)/mol.L-1
00.40
20.28
40.19
60.13
80.08
100.04
120.04
(1)写出生成CH3OH反应的化学方程式:______.若达平衡状态时,放出的热量为58.8kJ,则上述反应的△H=______.0~10min内,CH3OH的平均反应速率v(CH3OH)=______.

(2)下列措施能使平衡体系中

c(CH3OH)
c(CO2)
增大的是______(填字母).

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.

答案

(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

3mol
3.6mol
×58.8kJ=49kJ,所以则上述反应的CO2+3H2

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)=

0.36mol/L
10min
=0.036mol/(L•min).

速率之比等于化学计量数之比,所以v(CH3OH)=

1
3
v(H2)=
1
3
×0.036mol/(L•min)=0.012mol/(L•min),

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

c(CH3OH)
c(CO2)
减小,故A错误;

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

c(CH3OH)
c(CO2)
不变,故B错误;

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

c(CH3OH)
c(CO2)
增大,故C正确;

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

c(CH3OH)
c(CO2)
增大,故D正确.

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)
=
0.12×0.12
0.28×0.043
=803.6,

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:

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