问题 问答题

能源短缺是人类面临的重大问题之一.甲醇是一种可再生能源,具有广泛的开发和应用前景.工业上合成甲醇一般采用以下反应:CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g)+Q

下表所列数据是上述反应在不同温度下的化学平衡常数(K)

温度250℃300℃350℃
K2.0410.2700.012
(1)在一定条件下将2molCO和6molH2充入2L的密闭容器中发生反应,5分钟后测得c(H2)=1.5mol/L,则此段时间内的反应速率(用CH3OH表达)______mol/(L•min).

(2)由表中数据分析可知,Q______0(填“>”、“<”或“=”).其它条件不变的情况下,若压缩容器的体积,则平衡______移动(“向正反应方向”“向逆反应方向”或“不”),化学平衡常数K______(填“增大”、“减小”或“不变”).

(3)在体积一定的密闭容器中,能说明该反应已处于化学平衡状态的是______(填编号).

a.V(CO)=1/2V(H2)b.混合气体的密度保持不变

c.反应体系中的热效应不再变化d.c(CO):c(CH3OH)=1:1

(4)寻找到合适的催化剂是实现反应工业化的关键.该反应使用催化剂无法实现的目标是______(填编号).

a.提高单位时间内甲醇的产量b.增大混合气体中甲醇的体积分数

c.缩短达到平衡所需时间d.提高一氧化碳的转化率.

答案

(1)依据化学平衡三段式列式得到

CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g)

起始量(mol) 260

变化量(mol)1.5 31.5

5分钟量(mol) 0.5 2L×1.5mol/L=3mol 1.5

用CH3OH表达的反应速率=

1.5mol
2L
5min
=0.15mol/L•min,

故答案为:0.15;

(2)表中数据分析可知随温度升高,平衡常数K减小,说明温度升高,平衡逆向进行,所以正向是放热反应,Q>>0,反应前后气体体积减小,依据平衡移动原理,增大压强平衡向气体体积减小的分析进行,所以压缩体积是增大压强,平衡正向进行;平衡常数琐碎温度变化,不随浓度、压强等因素变化,所以K不变,

故答案为:>;向正反应方向;不变;

(3)反应达到平衡的标志是正逆反应速率相同,各组分含量保持不变;

a.V(CO)=1/2V(H2),正反应速率之比等于化学方程式中 计量数之比,仅表示反应正向进行,不能说明反应达到平衡,故a错误;

b.混合气体的密度保持不变,混合气体在乙定容密闭容器中进行,质量守恒,体积不变,反应过程中混合气体的密度始终不变,故b错误;

c.反应体系中的热效应不再变化,反应达到平衡反应的热量变化一定,平衡发生移动,反应的热量发生改变,证明反应达到平衡,故C正确;

d.c(CO):c(CH3OH)=1:1浓度相同,和起始量,变化量等有关,与平衡无直接关系,不能做平衡的标志,故d错误;

故答案为:c;

(4)寻找到合适的催化剂是实现反应工业化的关键,催化剂降低反应活化能,增大反应速率,但不改变化学平衡,

a.提高单位时间内甲醇的产量,反应速率增大,单位时间内生成甲醇增大,故a不符合;

b.增大混合气体中甲醇的体积分数,催化剂不改变化学平衡,体积分数不变,故b符合;

c.缩短达到平衡所需时间,催化剂加快反应速率,缩短到达平衡的时间,故c不符合;

d.提高一氧化碳的转化率,催化剂不改变平衡,反应物的转化率不变,故d符合;

故答案为:bd.

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