化学式 | H2(g) | CO(g) | CH3OH(l) |
标准燃烧热(25℃) △H/kJ•mol-1 | -285.8 | -283.0 | -726.5 |
分析 (1)根据CO和CH3OH的燃烧热先书写热方程式,再利用盖斯定律计算反应CO ( g )+2H2 ( g )?CH3OH ( l )的焓变,写出热化学方程式;
(2)①反应自发进行的判断依据是△H-T△S<0,据此分析判断,压强一定温度越高平衡逆向进行,氢气的转化率减小;
②在容积可变的密闭容器中充入1mol CO ( g ) 和2molH2 ( g )生成CH3OH( g ),A点氢气转化率0.5,
CO ( g )+2H2 ( g )?CH3OH (g )
起始量(mol) 1 2 0
变化量(mol) 0.5 1 0.5
平衡量(mol) 0.5 1 0.5
平衡常数K=$\frac{生成物平衡浓度幂次方乘积}{反应物平衡浓度幂次方乘积}$;
B点和A点温度不变平衡常数不变,结合三行计算列式计算平衡浓度,结合平衡常数计算气体体积;
③增加甲醇产率需要平衡正向进行,注意容器为恒温恒压容器;
(3)在容积固定为2L的密闭容器中充入2molCO( g )和6molH2( g )生成CH3OH( g ),图中中是甲醇的浓度增加,达到平衡状态甲醇浓度为0.8mol/L,据此计算甲醇反应速率,速率之比等于化学方程式计量数之比得到氢气的反应速率,计算平衡状态下CO的浓度,若15分钟时升高体系温度,在20分钟时达到新平衡,此时氢气的转化率为33.3%,改变条件后依据氢气的转化率列三行计算,得到平衡状态下一氧化碳的浓度,据此画出图象变化.
解答 解:(1)由CO(g)和CH3OH(l)的燃烧热△H分别为-283.0kJ•mol-1和-726.5kJ•mol-1,则
①CO(g)+$\frac{1}{2}$O2(g)=CO2(g)△H=-283.0kJ•mol-1
②CH3OH(l)+$\frac{3}{2}$O2(g)=CO2(g)+2 H2O(l)△H=-726.5kJ•mol-1
③H2(g)+$\frac{1}{2}$O2(g)=H2O(l)△H=-285.8kJ•mol-1
由盖斯定律可知用①+③-$\frac{2}{3}$×②得反应CO(g)+2H2(g)=CH3OH(l),
该反应的反应热△H=-283.0kJ•mol-1+(-285.8kJ•mol-1)-$\frac{2}{3}$(-726.5kJ•mol-1)=-128.1kJ•mol-1,
即CO(g)+2H2(g)=CH3OH(l)△H=-128.1kJ•mol-1.
故答案为:-128.1;
(2)①CO ( g )+2H2 ( g )?CH3OH ( l ),反应为放热反应,△H<0,气体体积减小反应的熵变△S<0,图象中压强一定随温度升高,平衡逆向进行,氢气转化率减小,则T1<T2,
故答案为:<;<;
②在容积可变的密闭容器中充入1mol CO ( g ) 和2molH2 ( g )生成CH3OH( g ),A点氢气转化率0.5,
CO ( g )+2H2 ( g )?CH3OH (g )
起始量(mol) 1 1 0
变化量(mol) 0.5 1 0.5
平衡量(mol) 0.5 1 0.5
平衡常数K=$\frac{\frac{0.5}{2}}{\frac{0.5}{2}×(\frac{1}{2})^{2}}$=4,
若达到平衡状态B 时转化率为0.8,结合平衡三行计算列式计算,
CO ( g )+2H2 ( g )?CH3OH (g )
起始量(mol) 1 2 0
变化量(mol) 0.8 1.6 0.8
平衡量(mol) 0.2 0.4 0.8
B点温度不变平衡常数不变,K=$\frac{\frac{0.8}{V(B)}}{\frac{0.2}{V(B)}×(\frac{0.4}{V(B)})^{2}}$=4
则容器的体积V(B)=0.4
故答案为:4,0.4;
③A.反应为放热反应,升高温度平衡逆向进行,甲醇产率减小,故A错误;
B.从平衡体系中及时分离CH3OH,平衡正向进行,甲醇产率增大,故B正确;
C.充入He总压增大分压不变,平衡不变,甲醇产率不变,故C错误;
D.体积可变的容器中再充入0.5mol CO和1mol H2 ,相当于压强增大,体积增大,最后得到相同的平衡状态,转化率不变,甲醇产率不变,故D错误;
故答案为:B;
(3)V(CH3OH)=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{0.8mol/L}{10min}$=0.08mol/(L•min),根据方程式得V(CH3OH):V(H2)=1:2,所以V(H2)=2×0.08mol/(L•min)=0.16mol/(L•min);
2H2(g)+CO(g)=CH3OH(g)
起始量(mol/L) 3 1 0
变化量(mol/L) 1.6 0.8 0.8
平衡量(mol/L) 1.4 0.2 0.8
此时CO的平衡浓度为 0.2mol/L,
改变温度,假设在20分钟时达到新平衡,氢气的转化率为33.3%,则氢气转化的浓度为△C=$\frac{6mol}{2L}$×33.3%=1mol/L,
2H2(g)+CO(g)=CH3OH(g)
起始浓度(1mol/L) 3 1 0
转化浓度(1mol/L) 1 0.5 0.5
平衡浓度(1mol/L) 2 0.5 0.5
CO平衡浓度为0.5mol/L,15min时CO浓度为0.2mol/L.升温平衡逆向进行,一氧化碳物质的量浓度增大,据此画出变化曲线为:,
故答案为:0.16mol•L-1•min-1;
点评 本题考考查了热化学方程式和盖斯定律计算应用,平衡常数的计算及应用,影响平衡的因素分析判断,题目涉及的知识点较多,综合性较强,题目难度中等.
科目:高中化学 来源: 题型:选择题
化学事实 | 类推结论 | |
A | 卤素单质的沸点:F2<Cl2<Br2<I2 | 氢化物沸点:HF<HCl<HBr<HI |
B | 用电解熔融MgCl2可制得金属镁 | 用电解熔融NaCl也可以制取金属钠 |
C | 将CO2通入Ba(NO3)2溶液中无沉淀生成 | 将SO2通入Ba(NO3)2溶液中也无沉淀生成 |
D | Al与S加热时直接化合生成Al2S3 | Fe与S加热时也能直接化合生成 Fe2S3 |
A. | A | B. | B | C. | C | D. | D |
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科目:高中化学 来源: 题型:推断题
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科目:高中化学 来源: 题型:实验题
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科目:高中化学 来源: 题型:解答题
化学反应 | 平衡 常数 | 温度/℃ | ||
500 | 700 | 800 | ||
①2H2(g)+CO(g)?CH3OH(g) | K1 | 2.5 | 0.34 | 0.15 |
②H2(g)+CO2(g)?H2O(g)+CO(g) | K2 | 1.0 | 1.70 | 2.52 |
③3H2(g)+CO2(g)?CH3OH(g)+H2O(g) | K3 |
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科目:高中化学 来源: 题型:解答题
碳 | 氮 | Y | |
X | 硫 | Z |
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科目:高中化学 来源: 题型:解答题
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科目:高中化学 来源: 题型:选择题
甲 | 乙 | 丙 | |
反应物投入量 | 1moN2、3mol H2 | 2mol N2、6mol H2 | 2mol NH3 |
NH3浓度(mol•L-1) | c1 | c2 | c3 |
反应的能量变化 | 放出Q1kJ | 放出Q2kJ | 吸收Q3kJ |
体系压强(Pa) | p1 | p2 | p3 |
反应物转化率 | α1 | α2 | α3 |
A. | 2p1=2p3>p2 | |
B. | α2+α3<1 | |
C. | 达到平衡时丙容器中NH3的体积分数最大 | |
D. | Q1+Q3>92.4 |
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科目:高中化学 来源: 题型:选择题
A. | 反应进行到3 min时,该反应达到平衡状态 | |
B. | 从反应开始到平衡,CO2的转化率为25% | |
C. | 第3 min时,氢气的平均反应速率为1.5mol/(L•min) | |
D. | 该温度下,反应的平衡常数的值为$\frac{16}{3}$ |
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