能源短缺是人类面临的重大问题.甲醇是一种可再生能源.具有广泛的开发和应用前景.因此甲醇被称为21世纪的新型燃料.
(1)工业上一般采用下列两种反应合成甲醇:
反应A:CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g)△H1
反应B:CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g)△H2
①下列条件中,能说明反应A达到平衡状态的是______.
A.生成甲醇的速率与生成水的速率相等 B.v(H2)/3=v(CH3OH)
C.恒容容器中,体系的压强不再改变 D.恒容容器中,混合气体密度不再发生改变
②在一定的压强下,将CO与H2的混合气体在催化剂作用下能自发反应生成甲醇,则
△H2______0,△S______0(填“>”、“=”或“<”).
③对于反应B,若容器容积不变,下列措施可增加甲醇产率的是______.
A.升高温度 B.将CH3OH(g)从体系中分离
C.充入He,使体系总压强增大 D.按原比例再充入CO和H.
④某温度下,将2mol CO和6mol H2,充人2L的密闭容器中,充分反应,达到平衡后,测得c(CO)=0.2mol•L-1,则CO的转化率为______,则该温度下该反应的平衡常数为______.
(2)已知在常温常压下:
①2CH3OH(I)十3O2(g)=CO2(g)+4H2O(g)△H=-1275.6kJ•mol-1
②2CO(g)+O2 (g)═2CO2 (g)△H=-566.0kJ•mol-1
③H2O(g)═H2O(l)△H=-44.0kJ.mol-1
写出甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式______.
(1)①A.无论是否达到平衡状态,都存在生成甲醇的速率与生成水的速率相等,不能用来判断平衡状态的标志,故A错误;
B.
v(H2)=v(CH3OH),符合反应速率之比等于化学计量数之比,但不能说明正逆反应速率相等,不能判断是否达到平衡,故B错误;1 3
C.反应前后气体的化学计量数不等,恒容容器中,体系的压强不再改变,说明达到平衡状态,故C正确;
D.化学反应前后气体的质量不变,容器的体积不变,无论是否达到平衡状态,恒容容器中,混合气体密度都不发生改变,不能判断是否达到平衡,故D错误.
故答案为:C;
②由方程式可知,反应生成气体的物质的量减少,则△S<0,反应能自发进行,应满足△G=△H-T•△S<0,则△H2<0,
故答案为:<;<;
③A.由①可知,该反应放热,升温,平衡向逆反应方向移动,甲醇产率减小,故A错误;
B.将CH3OH(g)从体系中分离,平衡向正反应方向移动,甲醇产率增大,故B正确;
C.充入He,使体系总压强增大,各物质的浓度不变,平衡不移动,故C错误
D.按原比例再充入CO2和H2,由等效平衡可知平衡正向移动,甲醇产率增大,故D正确;
故选:BD.
④设一氧化碳的变化量为x,则
CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g)
初始浓度(mol/L) 1 3 0
变化浓度(mol/L) 0.8 1.6 0.8
平衡浓度(mol/L) 0.2 2.4 0.8
则CO的转化率=
×100%=80%,平衡常数K=0.8 1
=[CH3OH] [CO][H2]2
=2.04,0.8 0.2×2.42
故答案为:80%;2.04;
(2)甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的反应CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2H2O(l)和反应①2CH3OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(g)△H=-1275.6kJ/mol,②2CO (g)+O2(g)=2CO2(g)△H=-566.0kJ/mol,③H2O(g)=H2O(l)
△H=-44.0kJ/mol之间的关系为:①×
-②×1 2
+2×③=-442.8 kJ∕mol,1 2
故答案为:CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2H2O(l)△H=-442.8kJ∕mol.