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【题目】反应Fe(s)+CO2(g) FeO(s)+CO(g)的平衡常数为K1;反应Fe(s)+H2O(g)FeO(s)+H2(g)的平衡常数为K2。在不同温度时K1、K2的值如下表:

温度(绝对温度)

K1

K2

973

1.47

2.38

1173

2.15

1.67

(1)计算温度为973K时,反应CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) K=__________

(2)目前工业上有一种方法是用CO2来生产甲醇:CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g), 在体积为1 L的恒容密闭容器中,充入1 mol CO23 mol H2进行反应。

①该反应能够自发进行的原因是___________________________

②下列措施中能使c(CH3OH)增大的是________

a.降低温度 b.充入He(g),使体系压强增大

c.将H2O(g)从体系中分离出来 d.再充入1 mol CO23 mol H2

③在温度T1时,当反应达到平衡时,测得n(H2)=2.4 mol;其他条件不变,在温度T2时,当反应达到平衡时,测得n(CO2)=0.82 mol,则T2________T1(“>”、“<”“=”)。

(3)某实验将一定量的CO2H2充入一定体积的密闭容器中,在两种不同条件下发生反应:CO2(g) +3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ΔH=-49.0 kJ·mol1测得CH3OH的物质的量随时间变化如下图所示,回答问题:

①曲线I、Ⅱ对应的平衡常数大小关系为K________K(“>”、“<”“=”)。

②一定温度下,在容积相同且固定的两个密闭容器中,按如下方式投入反应物,一段时间后达到平衡。

容器

反应物

投入量

1 mol CO2、3 mol H2

a mol CO2、b mol H2

c mol CH3OH(g)、c mol H2O(g)

若甲中平衡后气体的压强为开始时的0.8倍,要使平衡后乙与甲中相同组分的浓度相等,且起始时维持反应逆向进行,则c的取值范围为________________

【答案】0.62H<0acd>>0.4<c≤1

【解析】

(1)i.Fe(s)+CO2(g)FeO(s)+CO(g),K1=,ii.Fe(s)+H2O(g)FeO(s)+H2(g),K2=,方程式i-iiCO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)K==,温度为973K时:K==0.62,故答案为:0.62;

(2)CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g),反应的S<0,要使得反应能够自发进行,需要G=H-TS<0,则H<0,故答案为:H<0;

②根据①的分析,CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) H<0。a.降低温度,平衡正向移动,c(CH3OH)增大,正确;b.充入He(g),使体系压强增大,平衡不移动,c(CH3OH)不变,错误;c.将H2O(g)从体系中分离出来,平衡正向移动,c(CH3OH)增大,正确;d.再充入1 mol CO23 mol H2,平衡正向移动,c(CH3OH)增大,正确;故选acd;

③在温度T1时,当反应达到平衡时,测得n(H2)=2.4 mol,根据方程式CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g),反应0.6mol氢气,同时反应0.2mol二氧化碳,剩余二氧化碳0.8mol;其他条件不变,在温度T2时,当反应达到平衡时,测得n(CO2)=0.82 mol,说明平衡逆向移动,因此需要升高温度,即T2>T1,故答案为:>;

(3)①根据图像分析可知先拐先平,Ⅱ温度高,反应是放热反应,升高温度,平衡逆向进行,平衡常数减小,所以K1>K2,故答案为:>;

②设反应的二氧化碳的物质的量为x

CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)

初始量(mol):1 3 0 0

转化量(mol):x 3x x x

平衡量(mol):1-x 3-3x x x

甲中平衡后气体的压强为开始时的0.8倍,即=0.8 ,解得x=0.4mol,依题意:甲、乙为等同平衡,且起始时维持反应逆向进行,所以全部由生成物投料,c= 1,c 的物质的量不能低于平衡时的物质的量0.4mol,所以c的范围为:0.4<n(c)≤1,故答案为:0.4<c≤1。

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开始沉淀的pH

沉淀完全的pH

Fe3+

1.1

3.2

Mn2+

8.3

9.8

Cu2+

4.4

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