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工业上可以利用废气中的CO2为原料制取甲醇,其反应方程式为:CO2+3H2⇌CH3OH+H2O.请回答下列问题:(1)已知常温常压下下列反应的能量变化如图1所示:写出由二氧化碳和氢气制备甲醇的热
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工业上可以利用废气中的CO2为原料制取甲醇,其反应方程式为:CO2+3H2⇌CH3OH+H2O.请回答下列问题:
(1)已知常温常压下下列反应的能量变化如图1所示:
写出由二氧化碳和氢气制备甲醇的热化学方程式______.该反应的△S______0(填“>”或“<”或“=”),在______情况下有利于该反应自发进行.
(2)如果上述反应方程式的平衡常数K值变大,则该反应______(选填编号).
A.一定向正反应方向移动 B.在平衡移动时正反应速率先增大后减小
C.一定向逆反应方向移动 D.在平衡移动时逆反应速率先减小后增大
(3)如果上述反应在体积不变的密闭容器中发生,能说明反应已达到平衡状态的是______(选填编号).
A.3v正(H2)═v逆(CO2)
B.C(H2)═C(CO2)
C.容器内气体的密度不变
D.容器内压强不变
(4)若反应的容器容积为2.0L,反应时间4.0min,容器内气体的密度减小了2.0g/L,在这段时间内C02的平均反应速率为______.反应在t1时达到平衡,过程中c(CO2)随时间t变化趋势曲线图2所示.保持其他条件不变,t1时将容器体积压缩到1L,请画出t1后c(CO2)随时间t变化趋势曲线(t2达到新的平衡).
(1)已知常温常压下下列反应的能量变化如图1所示:
写出由二氧化碳和氢气制备甲醇的热化学方程式______.该反应的△S______0(填“>”或“<”或“=”),在______情况下有利于该反应自发进行.
(2)如果上述反应方程式的平衡常数K值变大,则该反应______(选填编号).
A.一定向正反应方向移动 B.在平衡移动时正反应速率先增大后减小
C.一定向逆反应方向移动 D.在平衡移动时逆反应速率先减小后增大
(3)如果上述反应在体积不变的密闭容器中发生,能说明反应已达到平衡状态的是______(选填编号).
A.3v正(H2)═v逆(CO2)
B.C(H2)═C(CO2)
C.容器内气体的密度不变
D.容器内压强不变
(4)若反应的容器容积为2.0L,反应时间4.0min,容器内气体的密度减小了2.0g/L,在这段时间内C02的平均反应速率为______.反应在t1时达到平衡,过程中c(CO2)随时间t变化趋势曲线图2所示.保持其他条件不变,t1时将容器体积压缩到1L,请画出t1后c(CO2)随时间t变化趋势曲线(t2达到新的平衡).
▼优质解答
答案和解析
(1)图1中的热化学方程式为①CO(g)+H2O(l)=CO2(g)+H2(g)△H=-41kJ/mol,②CO(g)+2H2(g)=CH3OH(l)△H=-(510-419)kJ/mol=-91KJ/mol,
依据盖斯定律②-①得:二氧化碳和氢气制备甲醇的热化学方程式:CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(l)+H2O(l)△H=-50KJ/mol;
该反应前后气体体积减小,则△S<0;
△G=△H-T•△S<0时,反应能够自发进行,由于该反应为放热反应,△H<0,而△S<0,则温度降低时△G<0,该反应自发进行,
故答案为:CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(l)+H2O(l)△H=-50KJ/mol;<;低温;
(2)如果反应方程式CO2+3H2⇌CH3OH+H2O的平衡常数K值变大,则需要降低温度,
A.降低温度,平衡一定向着正向移动,故A正确;
B.降低温度后,正逆反应速率都减小,正反应速率在达到平衡前始终在减小,故B错误;
C.平衡常数变大,反应物浓度减小,生成物浓度增大,则化学平衡一定向着正向移动,故C错误;
D.化学平衡常数变大,需要降低温度,则正逆反应速率都减小,由于平衡向着正向移动,则逆反应速率先减小后增大,故D正确;
故答案为:AD;
(3)A.3v正(H2)═v逆(CO2),表示的是正逆反应速率,但是不满足化学计量数关系,说明该反应没有达到平衡状态,故A错误;
B.c(H2)═c(CO2),氢气与二氧化碳浓度相等,不能说明正逆反应速率相等,无法判断是否达到平衡状态,故B错误;
C.容器内气体的密度不变,该反应是气体质量减小的反应,反应过程中气体的质量不断减小,密度不断减小,当密度不变时,则反应达到平衡状态,故C正确;
D.该反应是气体体积缩小的反应,反应达到平衡前容器内压强不断减小,当容器内压强不变,则表明各组分浓度不变,反应达到平衡状态,故D正确;
故答案为:CD;
(4)若反应的容器容积为2.0L,反应时间4.0min,容器内气体的密度减小了2.0g/L,则气体减小的质量为:2.0g/L×2.0L=4.0g,
CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(l)+H2O(l) 气体减少质量△m
1mol 50g
n 4.0g
反应消耗的二氧化碳的质量为:m=
=0.08mol,
在4min内C02的平均反应速率为:
=0.01mol.L-1;
保持其他条件不变,t1时将容器体积压缩到1L,t1时二氧化碳的浓度立刻增大为原先的2倍,即由0.025mol变为0.05mol,之后平衡向着正向移动,二氧化氮浓度减小,直至t2时达到新的平衡,t2时二氧化碳的浓度一定大于0.025mol,则t1后c(CO2)随时间t变化趋势曲线为:,
故答案为:0.01mol.L-1.min-1;.
依据盖斯定律②-①得:二氧化碳和氢气制备甲醇的热化学方程式:CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(l)+H2O(l)△H=-50KJ/mol;
该反应前后气体体积减小,则△S<0;
△G=△H-T•△S<0时,反应能够自发进行,由于该反应为放热反应,△H<0,而△S<0,则温度降低时△G<0,该反应自发进行,
故答案为:CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(l)+H2O(l)△H=-50KJ/mol;<;低温;
(2)如果反应方程式CO2+3H2⇌CH3OH+H2O的平衡常数K值变大,则需要降低温度,
A.降低温度,平衡一定向着正向移动,故A正确;
B.降低温度后,正逆反应速率都减小,正反应速率在达到平衡前始终在减小,故B错误;
C.平衡常数变大,反应物浓度减小,生成物浓度增大,则化学平衡一定向着正向移动,故C错误;
D.化学平衡常数变大,需要降低温度,则正逆反应速率都减小,由于平衡向着正向移动,则逆反应速率先减小后增大,故D正确;
故答案为:AD;
(3)A.3v正(H2)═v逆(CO2),表示的是正逆反应速率,但是不满足化学计量数关系,说明该反应没有达到平衡状态,故A错误;
B.c(H2)═c(CO2),氢气与二氧化碳浓度相等,不能说明正逆反应速率相等,无法判断是否达到平衡状态,故B错误;
C.容器内气体的密度不变,该反应是气体质量减小的反应,反应过程中气体的质量不断减小,密度不断减小,当密度不变时,则反应达到平衡状态,故C正确;
D.该反应是气体体积缩小的反应,反应达到平衡前容器内压强不断减小,当容器内压强不变,则表明各组分浓度不变,反应达到平衡状态,故D正确;
故答案为:CD;
(4)若反应的容器容积为2.0L,反应时间4.0min,容器内气体的密度减小了2.0g/L,则气体减小的质量为:2.0g/L×2.0L=4.0g,
CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(l)+H2O(l) 气体减少质量△m
1mol 50g
n 4.0g
反应消耗的二氧化碳的质量为:m=
1mol×4.0g |
50g |
在4min内C02的平均反应速率为:
| ||
4min |
保持其他条件不变,t1时将容器体积压缩到1L,t1时二氧化碳的浓度立刻增大为原先的2倍,即由0.025mol变为0.05mol,之后平衡向着正向移动,二氧化氮浓度减小,直至t2时达到新的平衡,t2时二氧化碳的浓度一定大于0.025mol,则t1后c(CO2)随时间t变化趋势曲线为:,
故答案为:0.01mol.L-1.min-1;.
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