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工业上通常采用CO(g)和H2(g)催化合成甲醇CH3OH(g).(1)在一定温度和压强下,CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g)△H=-128.8kJ/mol.若将10amolCO和20amolH2放入2L的密闭容器中,充分反应后测得CO
题目详情
工业上通常采用CO(g)和H2(g)催化合成甲醇CH3OH(g).
(1)在一定温度和压强下,CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g)△H=-128.8kJ/mol.若将10a mol CO和20a mol H2放入2L的密闭容器中,充分反应后测得CO的转化率为60%,则该反应的平衡常数为___(用含a的代数式表示).
若此时再向该容器中投入10a mol CO、20a mol H2和10a mol CH3OH(g),判断平衡移动的方向是___(填“正向移动”、“逆向移动”或“不移动”);
与原平衡相比,CO的物质的量浓度___(填“增大”、“不变”或“减小”).
(2)判断该反应达到平衡状态的依据是___(填字母序号).
A.混合气体的密度不变
B.混合气体的平均相对分子质量不变
C.2v逆(H2)=v正(CO)
D.容器内CO、H2、CH3OH的浓度之比为1:2:1
E.CH3OH、CO、H2的浓度都不再发生变化
(3)一定条件下,在容积相同的三个密闭容器中,按不同方式投入反应物,保持恒温、恒容,测得反应达到平衡时的有关数据如表:
则a+b=___;a1+a3___1(填“<”、“>”或“=”,).
(1)在一定温度和压强下,CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g)△H=-128.8kJ/mol.若将10a mol CO和20a mol H2放入2L的密闭容器中,充分反应后测得CO的转化率为60%,则该反应的平衡常数为___(用含a的代数式表示).
若此时再向该容器中投入10a mol CO、20a mol H2和10a mol CH3OH(g),判断平衡移动的方向是___(填“正向移动”、“逆向移动”或“不移动”);
与原平衡相比,CO的物质的量浓度___(填“增大”、“不变”或“减小”).
(2)判断该反应达到平衡状态的依据是___(填字母序号).
A.混合气体的密度不变
B.混合气体的平均相对分子质量不变
C.2v逆(H2)=v正(CO)
D.容器内CO、H2、CH3OH的浓度之比为1:2:1
E.CH3OH、CO、H2的浓度都不再发生变化
(3)一定条件下,在容积相同的三个密闭容器中,按不同方式投入反应物,保持恒温、恒容,测得反应达到平衡时的有关数据如表:
容器 | 甲 | 乙 | 丙 | |
反应物投入量 | 1 mol CO、 2 mol H2 | 1 mol CH3OH | 2 mol CH3OH | |
平衡 时数 据 | 反应能量变化的绝对值(kJ) | a | b | c |
反应物转化率 | α1 | α2 | α3 |
▼优质解答
答案和解析
(1)开始时c(CO)=
=5amol/L、c(H2)=
=10amol/L,反应的c(CO)=5amol/L×60%=3amol/L,
CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g)△H=-128.8kJ/mol
开始(mol/L)5a 10a 0
反应(mol/L)3a 6a 3a
平衡(mol/L)2a 4a 3a
该反应的化学平衡常数K=
=
=
;
此时c(CO)=2amol/L+
=7amol/L、c(H2)=4amol/L+
=14amol/L、c(CH3OH)=3amol/L+
=8amol/L,浓度商=
=
<
,所以平衡正向移动,但再次达到平衡浓度大于原来平衡浓度,
故答案为:
;正向移动;增大;
(2)A.反应前后气体总质量不变、容器体积不变,所以混合气体的密度始终不变,不能据此判断平衡状态,故A错误;
B.反应前后气体的总质量不变但物质的量减小,所以反应前后混合气体的平均相对分子质量增大,当混合气体相对分子质量不变时,正逆反应速率相等,反应发达平衡状态,故B正确;
C.v逆(H2)=2v正(CO)时该反应达到平衡状态,所以2v逆(H2)=v正(CO)时没有达到平衡状态,故C错误;
D.容器内CO、H2、CH3OH的浓度之比为1:2:1时该反应不一定达到平衡状态,与反应初始浓度及转化率有关,故C错误;
E.CH3OH、CO、H2的浓度都不再发生变化时,正逆反应速率相等,反应达到平衡状态,故E正确;
故选BE;
(3)甲、乙是等效平衡,丙等效为在乙的基础上增大压强,
生成1molCH3OH的能量变化为128.8kJ,甲、乙平衡状态相同,令平衡时甲醇为nmol,对于甲容器,a=90.8n,等于乙容器b=90.8(1-n),故a+b=128.8;
甲、乙处于相同的平衡状态,则α1+α2=1,比较乙、丙可知,丙中甲醇的物质的量为乙的2倍,压强增大,对于反应CH3OH(g)⇌CO(g)+2H2(g),平衡向生成甲醇的方向移动,所以a1+a3<1,
故答案为:128.8;<.
10amol |
2L |
20amol |
2L |
CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g)△H=-128.8kJ/mol
开始(mol/L)5a 10a 0
反应(mol/L)3a 6a 3a
平衡(mol/L)2a 4a 3a
该反应的化学平衡常数K=
c(CH3OH) |
c(CO).c2(H2) |
3a |
2a×(4a)2 |
3 |
32a2 |
此时c(CO)=2amol/L+
10amol |
2L |
20amol |
2L |
10amol |
2L |
8a |
7a×(14a)2 |
2 |
343a2 |
3 |
32a2 |
故答案为:
3 |
32a2 |
(2)A.反应前后气体总质量不变、容器体积不变,所以混合气体的密度始终不变,不能据此判断平衡状态,故A错误;
B.反应前后气体的总质量不变但物质的量减小,所以反应前后混合气体的平均相对分子质量增大,当混合气体相对分子质量不变时,正逆反应速率相等,反应发达平衡状态,故B正确;
C.v逆(H2)=2v正(CO)时该反应达到平衡状态,所以2v逆(H2)=v正(CO)时没有达到平衡状态,故C错误;
D.容器内CO、H2、CH3OH的浓度之比为1:2:1时该反应不一定达到平衡状态,与反应初始浓度及转化率有关,故C错误;
E.CH3OH、CO、H2的浓度都不再发生变化时,正逆反应速率相等,反应达到平衡状态,故E正确;
故选BE;
(3)甲、乙是等效平衡,丙等效为在乙的基础上增大压强,
生成1molCH3OH的能量变化为128.8kJ,甲、乙平衡状态相同,令平衡时甲醇为nmol,对于甲容器,a=90.8n,等于乙容器b=90.8(1-n),故a+b=128.8;
甲、乙处于相同的平衡状态,则α1+α2=1,比较乙、丙可知,丙中甲醇的物质的量为乙的2倍,压强增大,对于反应CH3OH(g)⇌CO(g)+2H2(g),平衡向生成甲醇的方向移动,所以a1+a3<1,
故答案为:128.8;<.
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