甲醇是一种可再生能源,具有开发和应用的广阔前景,工业上一般可采用如下反应来合成甲醇:2H2(g)+CO(g
(1)K=
c(CH3OH) |
c(CO)c2(H2) |
故答案为:
c(CH3OH) |
c(CO)c2(H2) |
(2)将1mol的H2 和 1mol 的 CO充入 1L 恒容密闭反应器中,达到平衡后,容器内的压强为开始时的60%,设一氧化碳反应物质的量x
2H2(g)+CO(g)═CH3OH(g)
起始量(mol) 1 1 0
变化量(mol) 2x x x
平衡量(mol) 1-2x 1-x x
1-2x+1-x+x=(1+1)×60%
x=0.4mol,
CO的平衡转化率=
0.4mol |
1mol |
答:CO的平衡转化率为40%;
(3)在其他条件不变的情况下,将容器的容积压缩到原来的
1 |
2 |
A、将容器的容积压缩到原来的
1 |
2 |
B、将容器的容积压缩到原来的
1 |
2 |
C、将容器的容积压缩到原来的
1 |
2 |
D、将容器的容积压缩到原来的
1 |
2 |
故答案为:CD;
(4)由表中数据可知温度降低,化学反应速率减小,平衡正向移动,H2的转化率增大;温度升高,化学反应速率增大,平衡逆向移动,H2的转化率减小,则350℃时H2的转化率随时间的变化示意图为,故答案为:.
A.合成甲醇的反应为放热反应,则升高温度平衡逆向移动,即高温不利用合成甲醇,故B错误;
B.增大氢气的量,促进二氧化碳的转化,则提高H2与CO2的物质的量之比,可提高CO2的转化率,故B正确;
C.分离出甲醇,反应正向移动,甲醇的产率增大,故C错误;
D.恒容条件下充入He(g),各物质的浓度不变,反应速率不变,平衡不移动,转化率不变,故D错误;
故选B.
故选Ⅰ;
②根据图象知,反应物总能量大于生成物总能量,所以该反应是放热反应,
则△H1<0,故答案为:<;
③平衡时剩余一氧化碳的物质的量=0.2mol/L×2L=0.4mol,一氧化碳的转化率=
(2?0.4)mol |
2mol |
故答案为:80%;
(2)已知: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
由盖斯定律,①-②+③×4得:
2CH3OH(l)+2O2(g)═2CO(g)+4H2O(l),故△H=-1275.6kJ∕mol-(-566.0kJ/mol)+(-44.0kJ/mol)×4=-885.6 kJ∕mol,
所以其热化学反应方程式为:CH3OH(l)+O2(g)═CO(g)+2H2O(l)△H=-442.8 kJ∕mol,
则1mol甲醇不完全燃烧生成1mol一氧化碳和液态水放出的热量为442.8kJ,
故答案为:442.8kJ;
(3)①正极上氧气得电子和水反应生成氢氧根离子,所以其电极反应式为O2+2H2O+4e-═4OH-,
故答案为:O2+2H2O+4e-═4OH-;
②负极上甲醇失电子和氢氧根离子反应生成碳酸根离子和水,正极上氧气得电子和水反应生成氢氧根离子,所以其电池反应式为:2CH3OH+3O2+4OH-═2CO32-+6H2O,
故答案为:2CH3OH+3O2+4OH-═2CO32-+6H2O.
(1)①图表分析判断,平衡常数随温度升高减小,平衡逆向进行,正反应是放热反应,△H<0; 故答案为:<; ②某温度下,将2mol CO和6mol H 2 充入2L密闭容器中充分反应,4分钟后反应达到平衡,测得CO的物质的量为0.4mol,依据化学平衡三段式列式计算; CO(g)+2H 2 (g)?CH 3 OH(g) 起始量(mol) 2 6 0 变化量(mol)1.63.2 1.6 平衡量(mol) 0.42.8 1.6 CO的反应速率=
平衡状态气体压强和起始压强之比等于气体物质的量之比P(平衡):P(起始)=(0.4+2.8+1.6):(2+6)=4.8:8=0.6; 故答案为:0.2mol/(L?min),0.6; (2)CO 2 (g)+3H 2 (g)?CH 3 OH(g)+H 2 O(g),反应的平衡常数K=
为了加快反应Ⅱ的反应速率,并且提高H 2 的转化率; a.增大CO 2 的浓度,增大氢气的转化率,平衡正向进行,反应速率加快,故a符合; b.增大H 2 的浓度,平衡正向进行,反应速率增大,氢气的转化率减小,故b不符合; c.增大压强,反应速率增大,平衡正向进行,氢气转化率增大,故c符合; d.加入催化剂改变化学反应速率不改变化学平衡,氢气转化率不变,故d不符合; 故答案为:K=
(3)反应Ⅰ:CO(g)+2H 2 (g)?CH 3 OH(g)△H 1 反应Ⅱ:CO 2 (g)+3H 2 (g)?CH 3 OH(g)+H 2 O(g)△H 2 依据盖斯定律反应Ⅰ-反应Ⅱ得到CO(g)+H 2 O(g)=CO 2 (g)+H 2 (g)△H=△H 1 -△H 2 ; 图表中数据保持氢气初始浓度不变,一氧化碳浓度增大一倍,达到平衡所需时间缩短4分钟,所以分析判断n=4min; 故答案为:CO(g)+H 2 O(g)=CO 2 (g)+H 2 (g)△H=△H 1 -△H 2 、4; (4)甲醇和氧气以强碱溶液为电解质溶液的新型手机电池,燃料电池中燃料在原电池负极发生氧化反应,甲醇失电子在碱溶液中生成碳酸钾,该电池中甲醇发生反应的一极为负极,电极反应为:CH 3 OH-6e - +8OH - =CO 3 2- +6H 2 O; 故答案为:负,CH 3 OH-6e - +8OH - =CO 3 2- +6H 2 O; (5)用该电池作电源,用惰性电极电解饱和NaCl溶液时,CH 3 OH-6e - +8OH - =CO 3 2- +6H 2 O,每消耗0.2mol CH 3 OH,转移电子1.2mol,阴极电极反应为2H + +2e - =H 2 ↑,产生标况下气体的体积=0.6mol×22.4L/mol=13.44L; 故答案为:13.44. |
故答案为:<;
②5min内CO的平均反应速率为:v(CO)=
1mol/L?0.2mol/L |
5min |
5min内氢气的平均反应速率为:v(H2)=2v(CO)=0.16mol/(L?min)×2=0.32mol/(L?min);
反应开始前投入的CO、氢气的浓度为:c(CO)=
2mol |
2L |
6mol |
2L |
CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)
反应开始 1mol/L 3mol/L 0
反应转化 0.8mol/L 1.6mol/L 0.8mol/L
平衡时 0.2mol/L 1.4mol/L 0.8mol/L
该温度下该反应的平衡常数为:K=
0.8 |
0.2×1.42 |
故答案为:0.32mol/(L?min);250℃;
③设起始投入CH3OH(g)的物质的量为x,达平衡时CH3OH(g)的分解率是50%,分解的甲醇的浓度为0.5x,达到平衡时甲醇的浓度为0.5x,
则甲醇分解生成CO的浓度为0.5x,生成氢气的浓度为x,
300℃时该反应的平衡常数为:K=
0.5x |
0.5x×x2 |
解得:x=2mol/L,
初始加入甲醇的物质的量为:n=cV=2mol/L×2L=4mol,
故答案为:4;
(2)增加甲醇产率,应改变条件使平衡向正反应方向移动,
A.正反应为放热反应,升高温度,平衡向逆反应方向移动,甲醇的产率减小,故A错误;
B.将CH3OH(g)从体系中分离,降低生成物的浓度,平衡向正反应方向移动,甲醇的产率增大,故B正确;
C.充入He,使体系总压强增大,容器的容积不变,反应混合物各组分浓度不变,平衡不移动,甲醇的产率不变,故C错误;
D.再充入1mol CO和3mol H2,可以等效为增大压强,平衡向体积减小的正反应方向移动,甲醇的产率增大,故D正确,
故答案为:BD.