Question

【題目】I.貯氫合金ThNi5可催化由CO、H2合成CH4等有機化工產(chǎn)品的反應。溫度為TK時發(fā)生以下反應：2CO(g)＋O2(g)＝2CO2(g) △H＝－566 kJ·mol-1

2H2(g)＋O2(g)＝2H2O(l) △H＝－571.6 kJ·mol-1

CH4(g)＋2O2(g)＝CO2(g)＋2H2O(l) △H＝－890 kJ·mol-1

(1)溫度為TK時，催化由CO、H2合成CH4反應的熱化學方程式為___________。

(2)已知溫度為TK時CH4(g)＋2H2O(g)＝CO2(g)＋4H2(g) △H＝＋165 kJ·mol－1的活化能為485.2kJ/mol，則其逆反應的活化能為________kJ/mol。

II.對于反應CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) △H＝－41 kJ·mol-1進行以下研究：

(3)TK時，向一恒壓密閉容器中充入等物質(zhì)的量的CO(g)和H2O(g)發(fā)生上述反應，測得CO(g)物質(zhì)的量分數(shù)隨時間變化如下表所示：

時間/min	0	2	5	6	9	10
x(CO)	0.5	0.25	0.1	0.1	0.05	0.05

若初始投入CO為2 mol，恒壓容器容積10 L，用H2O(g)表示該反應0~5分鐘內(nèi)的速率υ(H2O(g)=_____，6分鐘時，僅改變一種條件破壞了平衡，則改變的外界條件為___________。

(4)已知700K時，在恒容密閉容器中，充入等物質(zhì)的量的CO和H2O(g)，發(fā)生上述反應，平衡CO體積分數(shù)為，則反應的平衡常數(shù)K＝______。

(5)在400K、500K時進行上述反應，其中CO和H2的分壓隨時間變化關(guān)系如右圖所示，催化劑為氧化鐵。實驗初始時體系中的p(H2O)和p(CO)相等、p(CO2)和p(H2)相等。

400K時p(H2)隨時間變化關(guān)系的曲線是______，500K時p(CO)隨時間變化關(guān)系的曲線是_______。(填字母序號)

III.在催化劑的作用下發(fā)生反應CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)，是合成甲醇的一種方法。

(6)某溫度下，將2 mol CO與5 mol H2的混合氣體充入容積為2 L的密閉容器中，在催化劑的作用下發(fā)生反應CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)。經(jīng)過5 min后，反應達到平衡，此時轉(zhuǎn)移電子6 mol。若保持體積不變，再充入2 mol CO和1.5 mol CH3OH，此時υ(正)_______υ(逆)(填“>”“<”或“＝”)。下列不能說明該反應已達到平衡狀態(tài)的是___________。

a.CH3OH的質(zhì)量不變 b.混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再改變 c.υ(逆)(CO)＝2υ(正)(H2) d.混合氣體的密度不再發(fā)生改變

Answer 1

【答案】CO(g)+3H2(g)=CH4(g)+H2O(l) ΔH=-250.4kJ·mol-1 320.2 0.032mol·L-1·min-1 降低溫度 或者1.32 b d ＞ c d

【解析】

(1)根據(jù)蓋斯定律計算；

(2)該反應△H>0，為吸熱反應，正反應的活化能=△H＋逆反應的活化能；

(3)根據(jù)表中數(shù)據(jù)，反應在5min時達到平衡狀態(tài)，CO物質(zhì)的量分數(shù)為0.1，利用三段式計算υ（H2O）；6min時，改變條件達到新平衡時CO的物質(zhì)的量分數(shù)減小，平衡正向移動，結(jié)合反應的特點分析；

(4)利用方程式及平衡時CO體積分數(shù)為，推測H2O的體積分數(shù)也為，生成的CO2(g)與H2(g)的量相等，占有的體積分數(shù)均為，再計算K；

(5)根據(jù)平衡時各物質(zhì)分壓的大小確定代表的物質(zhì)，再依據(jù)溫度對化學平衡的影響分析判斷；

(6)利用K只與溫度有關(guān)，計算K與Qc的數(shù)據(jù)判斷正、逆反應速率的大小關(guān)系；根據(jù)平衡狀態(tài)的本質(zhì)和特征分析判斷。

(1)溫度為TK時，①2CO(g)＋O2(g)＝2CO2(g) △H＝－566 kJ·mol-1

②2H2(g)＋O2(g)＝2H2O(l) △H＝－571.6 kJ·mol-1

③CH4(g)＋2O2(g)＝CO2(g)＋2H2O(l) △H＝－890 kJ·mol-1

根據(jù)蓋斯定律，將①÷2+②×-③得，則由CO、H2合成CH4反應的熱化學方程式為CO(g)+3H2(g)=CH4(g)+H2O(l) ΔH=-250.4kJ·mol-1；

(2)該反應△H>0，為吸熱反應，正反應的活化能=△H＋逆反應的活化能，則逆反應的活化能=485.2kJ/mol-165kJ/mol=320.2 kJ/mol；

(3)根據(jù)表中數(shù)據(jù)，反應在5min時達到平衡狀態(tài)，CO物質(zhì)的量的分數(shù)為0.1，設(shè)消耗的H2O的物質(zhì)的量為ymol，列出三段式

則=0.1，解得y=1.6，由于該反應反應前后氣體分子數(shù)不變，平衡時體積仍為10L，則υ（H2O）==0.032mol/（Lmin）；該反應的正反應是氣體體積不變的放熱反應，6min時，改變條件達到新平衡時CO的物質(zhì)的量分數(shù)減小，平衡正向移動，則改變的外界條件為降低溫度；

(4)700K時，在恒容密閉容器中，充入等物質(zhì)的量的CO和H2O(g)，平衡時CO體積分數(shù)為，根據(jù)反應的特點，則H2O的體積分數(shù)也為，生成的CO2(g)與H2(g)的量相等，占有的體積分數(shù)均為（1-×2）÷2=，由于反應中各物質(zhì)的化學計量數(shù)都為1、且反應前后氣體分子數(shù)不變，則K==1.32；

(5) 實驗初始時體系中的p(H2O)和p(CO)相等、p(CO2)和p(H2)相等，由于轉(zhuǎn)化之比等于化學計量數(shù)之比，故平衡時p(H2O)和p(CO)相等、p(CO2)和p(H2)相等，該反應的正反應為放熱反應，升高溫度平衡逆向移動，化學平衡常數(shù)減小，根據(jù)(4)700K時的平衡常數(shù)知，400K、500K的平衡常數(shù)都大于1.32，故400K、500K達到平衡時p（H2）>p（CO），則a、b代表p（H2），c、d代表p（CO）；升高溫度平衡逆向移動，p（H2）減小、p（CO）增大，則400K時p(H2)隨時間變化關(guān)系的曲線是b，500K時p(CO)隨時間變化關(guān)系的曲線是d。

(6) 反應CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)中消耗1molCO和2molH2轉(zhuǎn)移4mol電子，5 min后，反應達到平衡，此時轉(zhuǎn)移電子6 mol，則反應的n（H2）=3mol、n（CO）=1.5mol，平衡時，CO、H2、CH3OH的物質(zhì)的量分別為0.5mol、2mol、1.5mol，CO、H2、CH3OH的物質(zhì)的量濃度分別為0.25mol/L、1mol/L、0.75mol/L，則K==3；溫度未變，再充入2 mol CO和1.5 mol CH3OH，瞬時CO、H2、CH3OH的物質(zhì)的量濃度分別為1.25mol/L、1mol/L、1.5mol/L，Qc==1.2<K，平衡正向移動，則υ(正)>υ(逆)；

a.CH3OH的質(zhì)量不變是反應達到平衡狀態(tài)的特征，a不選；

b.混合氣的總質(zhì)量始終不變，建立平衡過程中氣體分子物質(zhì)的量改變，則混合氣體的平均相對分子質(zhì)量改變，混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再改變能說明反應達到平衡狀態(tài)，b不選；

c. υ(逆)(CO)＝2υ(正)(H2)時正、逆反應速率不相等，反應沒有達到平衡狀態(tài)，c選；

d. 混合氣的總質(zhì)量始終不變，恒容容器的體積不變，則混合氣體的密度一直未發(fā)生改變，混合氣體的密度不再發(fā)生改變不能說明反應達到平衡狀態(tài)，d選；

答案為cd。