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【题目】甲醇(CH3OH)是重要的溶剂和替代燃料,工业上用CO和H2在一定条件下制备CH3OH的反应为:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g),在体积为1L的恒容密闭容器中,充入2mol CO和4mol H2,一定条件下发生上述反应,测得CO(g)和CH3OH(g)的浓度随时间变化如图所示。

①从反应开始到5min,用CO表示的平均反应速率v(CO)=________

②下列说法正确的是____________(填字母序号)。

A.达到平衡时,H2的转化率为65%

B.5min后容器中混合气体的平均相对分子质量不再改变

C.达到平衡后,再充入氩气,反应速率减小

D.2min前v(正)>v(逆),2min后v(正)<v(逆)

(2)碳与水蒸气反应制取H2的相关反应如下:

Ⅰ:C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) △H=+131.0kJ·mol1

Ⅱ:CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g) △H= 43kJ·mol1

Ⅲ:CaO(s)+CO2(g)=CaCO3(s) △H= 178.3kJ·mol1

①计算反应ⅣC(s)+2H2O(g)+CaO(s)CaCO3(s)+2H2(g)的△H=_______kJ·mol1;若K1、K2、K3分别为反应Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的平衡常数,则反应Ⅳ平衡常数K=_____(用K1、K2、K3表示)。

②对于可逆反应C(s)+2H2O(g)+CaO(s)CaCO3(s)+2H2(g),采取以下措施可以提高H2产率的是________。(填字母)

A.降低体系的温度 B.压缩容器的体积 C.增加CaO的量 D.选用适当的催化剂

【答案】0.3mol·(L·min) 1 B 90.3kJ·mol1 K1·K2·K3 A

【解析】

(1)①依据v(CO)=△c(CO)/△t计算CO表示的平均反应速率;

②A、结合题意建立如下三段式求算H2的转化率;

B、反应前后气体质量不变,气体物质的量变化;

C、达到平衡后,再充人氩气,总压增大分压不变;

D、2min前后反应未达到平衡状态,反应正向进行;

(2)①根据盖斯定律Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ可得Ⅳ,由K、K1、K2、K3表达式可得K与K1、K2、K3的关系式;

②A、该反应为放热反应,降低体系的温度,平衡向着正向移动;

C、CaO为固体,增加CaO的量平衡不移动;

B、该反应为气体体积不变的反应,压缩容器的体积增大了压强,平衡不移动;

D、选用适当的催化剂可以改变反应速率,但是不影响化学平衡。

(1)①从反应开始到5min,图象可知CO浓度变化为2.00mol/L-0.50mol/L=1.50mol/L,从反应开始到5min,用一氧化碳表示的平均反应速率v(CO)=1.50mol/L/5min=0.3mol/(Lmin),故答案为:0.3mol/(Lmin);

②A、结合题意建立如下三段式:

CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)

起始量 2 4 0

变化量 1.5 3 1.5

平衡量 0.5 1 1.5

达到平衡时,H2的转化率=消耗量/起始量×100%=3mol/L/4mol/L×100%=75%,故A错误;

B、反应前后气体质量不变,气体物质的量变化,5min后反应达到平衡状态,容器中混合气体的平均相对分子质量不再改变,故B正确;

C、达到平衡后,再充人氩气,总压增大分压不变,速率不变,故C错误;

D、2min前后反应未达到平衡状态,反应正向进行,v(正)>v(逆),故D错误。

故答案为:B

(2)①根据盖斯定律Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ可得:C(s)+2H2O(g)+CaO(s)CaCO3(s)+2H2(g)△H=(+131.0kJ/mol)+(-43kJ/mol)+(-178.3kJ/mol)=-90.3kJ;根据方程式可知,K1=c(CO)c2(H2)/c(H2O),K2= c(CO2)c(H2)/c(H2O)c(CO),K3=1/ c(CO2),K= c2(H2)/c2(H2O),则K= K1·K2·K3,故答案为:-90.3;K1·K2·K3

②A、该反应为放热反应,降低体系的温度,平衡向着正向移动,可以提高氢气的产率,故A正确;

B、该反应为气体体积不变的反应,压缩容器的体积增大了压强,平衡不移动,氢气的产率不变,故B错误;

C、CaO为固体,增加CaO的量平衡不移动,氢气的产率不变,故C错误;

D、选用适当的催化剂可以改变反应速率,但是不影响化学平衡,氢气的产率不变,故D错误。

故答案为:A

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