问题 填空题

工业上一般在恒容密闭容器中可以采用下列反应合成甲醇:

CO(g) + 2H2(g)  CH3OH(g)

(1)判断反应达到平衡状态的依据是(填字母序号,下同)__________。

A.生成CH3OH的速率与消耗CO的速率相等

B.混合气体的密度不变

C.混合气体的相对平均分子质量不变

D.CH3OH、CO、H2的浓度都不再发生变化E. 容器中气体的压强不再改变

(2)下表所列数据是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由表中数据判断该反应的△H__________0(填“>”、“="”" 或“<”);

②某温度下,将2 mol CO和6 mol H2充入2L的密闭容器中,充分反应后,达到平衡时测得c(CO) =" 0.2" mol/L,则CO的转化率为__________,此时的温度为__________。

(3)要提高CO的转化率,可以采取的措施是__________。

a. 升温                b. 加入催化剂

c. 增加CO的浓度        d. 恒容下加入H2使容器内压强变大

e. 分离出甲醇          f. 恒容下加入惰性气体使容器内压强变大

(4)在250℃时,某时刻测得该温度下的密闭容器中各物质的物质的量浓度见下表:

COH2CH3OH
0.5 mol·L-12mol·L-16mol·L-1
此时反应的正、逆反应速率的关系是:v(正)       v(逆)(填“>”、“="”" 或“<”)。

(5)如图1所示,甲为恒容密闭容器,乙为恒压密闭容器。在甲、乙两容器中分别充入等物质的量的H2和CO,使甲、乙两容器初始容积相等。在相同温度下发生上述反应,并维持反应过程中温度不变。在图2中标出甲、乙两容器中CO的转化率随时间变化的对应图像(在图2相应曲线右侧的框格中分别标注“甲”、“乙”)。

答案

(14分)

(1)CDE(2分)

(2)① <(2分)     ②80%(2分)        250℃(2分)

(3)d e(2分)

(4)< (2分)

(5)(2分)

题目分析:(1)A、CH3OH的生成速率与CO的消耗速率都表示正反应速率,自始至终反应速率都按1:1进行,不能说明到达平衡,故A错误;

B、都为气体,容器的体积不变,混合气体的总质量不变,密度自始至终为定值,不能说明可逆反应到达平衡,故B错误;

C、混合气体的总质量不变,随反应进行,混合气体的总的物质的量减小,即平均相对分子质量减小,最后为定值,说明可逆反应到达平衡状态,故C正确;

D、CH3OH、CO、H2的浓度都不再发生变化,说明可逆反应到达平衡状态,故D正确;

E、反应前后体积不相等,压强不变可作为判断化学平衡的依据,故E正确。

故选:CDE;

(2)①由表中数据可知,温度越高,平衡常数越小,说明升高温度平衡向逆反应移动,升高温度平衡向吸热反应移动,故正反应为放热反应,即△H<0,

故答案为:<;

②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=0.8/1×100%=80%,平衡常数K= c(CH3OH)/ (c (CO]c(H2)2) =0.8/(0.2×2.42) =2.04,对照表,温度为250℃。

故答案为:80%;250℃;

(3)a.升高温度,平衡向逆反应移动,平衡时CO的转化率减小,故a错误;

b.加入催化剂,缩短到达平衡时间,平衡不移动,CO转化率不变,故b错误;

c.增加CO的浓度,平衡向正反应移动,平衡时CO的转化率减小,故c错误;

d.加入H2加压,平衡向正反应移动,平衡时CO的转化率增大,故d正确;

e.分离出甲醇,平衡向正反应移动,平衡时CO的转化率增大,故e正确;

f.加入惰性气体加压,反应混合物的浓度不变,变化不移动,故f错误。

故选:de;

(4)K=6/(0.5*22)=3,而平衡使K=2.401,故生成物的浓度大,即v(正)<v(逆)

(5)甲、乙两容器中分别充入等物质的量的H2和CO,且甲、乙两容器初始容积相等,由图可知,甲的体积不变,乙的压强不变,则假定甲不变,乙中发生CO(g) + 2H2(g)  CH3OH(g),其体积减小,则相当于压强增大,化学平衡向正反应方向移动,乙容器中CO的转化率增大,但压强大,反应速率快,则达到平衡的时间变短,CO的转化率随时间变化的图象为

点评:本题考查平衡状态判断、平衡移动、平衡常数、反应速率计算、热化学方程式、原电池、化学平衡图象等,是化学反应速率与化学平衡的综合题目,难度不大,注重基础知识的考查,(4)中电极反应式的书写为难点、易错点,可以先写出较为简单的正极反应式,利用总反应式减去正极反应式即为负极反应式。

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