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工业上一般在恒容密闭容器中可以采用下列反应合成甲醇:CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g)△H(1)根据图1请写出合成甲醇的热化学方程式(热量用E1、E2或E3表示).(2)判断反应达到平衡
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工业上一般在恒容密闭容器中可以采用下列反应合成甲醇:
![](https://www.zaojiaoba.cn/2018-08/30/1535586660-9127.jpg)
CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g)△H
(1)根据图1请写出合成甲醇的热化学方程式______(热量用E1、E2或E3表示).
(2)判断反应达到平衡状态的依据是______(填字母序号).
A.2v(H2)(逆)=v(CO)(正) B.混合气体的密度不变
C.混合气体的平均相对分子质量不变 D.CH3OH、CO、H2的浓度都不再发生变化
E.容器内CO、H2、CH3OH的浓度之比为1:2:1
(3)在一定温度下,若将4a mol H2和2a mol CO放入2L的密闭容器中,充分反应后测得CO的转化率为50%,则该反应的平衡常数为
.若此时再向该容器中投入a mol CO、2a mol H2和a mol CH3OH,判断平衡移动的方向是______(“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”).
(4)某甲烷燃料电池是以熔融碳酸盐为电解质,CH4为燃料,空气为氧化剂,稀土金属材料做电极.为了使该燃料电池长时间稳定运行,电池的电解质组成应保持稳定,电池工作时必须有部分A物质参加循环(如图).该原电池的负极反应式可表示为______.
![](https://www.zaojiaoba.cn/2018-08/30/1535586660-9127.jpg)
CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g)△H
(1)根据图1请写出合成甲醇的热化学方程式______(热量用E1、E2或E3表示).
(2)判断反应达到平衡状态的依据是______(填字母序号).
A.2v(H2)(逆)=v(CO)(正) B.混合气体的密度不变
C.混合气体的平均相对分子质量不变 D.CH3OH、CO、H2的浓度都不再发生变化
E.容器内CO、H2、CH3OH的浓度之比为1:2:1
(3)在一定温度下,若将4a mol H2和2a mol CO放入2L的密闭容器中,充分反应后测得CO的转化率为50%,则该反应的平衡常数为
1 |
a2 |
1 |
a2 |
(4)某甲烷燃料电池是以熔融碳酸盐为电解质,CH4为燃料,空气为氧化剂,稀土金属材料做电极.为了使该燃料电池长时间稳定运行,电池的电解质组成应保持稳定,电池工作时必须有部分A物质参加循环(如图).该原电池的负极反应式可表示为______.
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答案和解析
(1)图象分析反应是放热反应,反应的焓变=断裂化学键吸收的能量-形成化学键放出的热量=E1-E3,标注物质的聚集状态和对应反应的焓变写出热化学方程式为:CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g)△H=(E1-E3)或-(E3-E1)kJ•mol-1 ,
故答案为:CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g)△H=(E1-E3)或-(E3-E1)kJ•mol-1 ;
(2)判断反应达到平衡状态的依据正逆反应速率相等,平衡时各种物质的物质的量、浓度等不再发生变化;
A.v(H2)(逆)=2v(CO)(正),说明氢气正逆反应速率相同说明反应达到平衡状态,2v(H2)(逆)=v(CO)(正)不能说明反应达到平衡状态,故A错误;
B.混合物的质量始终不变,容器的体积不变,所以混合气体的密度始终不变,所以不能作为判断平衡状态的依据,故B错误;
C.反应前后,混合气体的物质的量改变,气体的质量不变,反应达到平衡状态时,混合气体的相对平均分子质量不变,所以能作为判断平衡状态的依据,故C正确;
D.反应达到平衡状态时,CH3OH、CO、H2的浓度都不再发生变化,所以能作为判断平衡状态的依据,故D正确;
E.容器内CO、H2、CH3OH的浓度之比为1:2:1,和起始量,变化量有关,不能作为平衡的标志,故E错误;
故选CD;
(3)在一定温度下,若将4a mol H2和2a mol CO放入2L的密闭容器中,充分反应后测得CO的转化率为50%,依据平衡三段式列式计算;
CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g)
起始量(mol/L) a 2a 0
变化量(mol/L)50%×a a 0.5a
平衡量(mol/L)0.5a a 0.5a
则该反应的平衡常数K=
=
;
若此时再向该容器中投入a mol CO、2a mol H2和a mol CH3OH,浓度为c(CO)=
mol/L+0.5amol/L=amol/L,c(H2)=
mol/L+amol/L=2a,c(CH3OH)=
mol/L+0.5amol/L=amol/L,Q=
=
<K=
,判断平衡移动的方向是反应正向进行;达到新平衡与原平衡相比,CO的物质的量浓度增大;
故答案为:
;正向移动;增大;
(4)燃料电池中,正极反应一定是氧气得电子,该电池的电解质环境是熔融碳酸盐,所以电极反应为:O2+2CO2+4e-=2CO 32-,负极是燃料失电子生成二氧化碳,负极电极反应为:CH4+4CO32--8e-=5CO2+2H2O;
故答案为:CH4+4CO32--8e-=5CO2+2H2O.
故答案为:CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g)△H=(E1-E3)或-(E3-E1)kJ•mol-1 ;
(2)判断反应达到平衡状态的依据正逆反应速率相等,平衡时各种物质的物质的量、浓度等不再发生变化;
A.v(H2)(逆)=2v(CO)(正),说明氢气正逆反应速率相同说明反应达到平衡状态,2v(H2)(逆)=v(CO)(正)不能说明反应达到平衡状态,故A错误;
B.混合物的质量始终不变,容器的体积不变,所以混合气体的密度始终不变,所以不能作为判断平衡状态的依据,故B错误;
C.反应前后,混合气体的物质的量改变,气体的质量不变,反应达到平衡状态时,混合气体的相对平均分子质量不变,所以能作为判断平衡状态的依据,故C正确;
D.反应达到平衡状态时,CH3OH、CO、H2的浓度都不再发生变化,所以能作为判断平衡状态的依据,故D正确;
E.容器内CO、H2、CH3OH的浓度之比为1:2:1,和起始量,变化量有关,不能作为平衡的标志,故E错误;
故选CD;
(3)在一定温度下,若将4a mol H2和2a mol CO放入2L的密闭容器中,充分反应后测得CO的转化率为50%,依据平衡三段式列式计算;
CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g)
起始量(mol/L) a 2a 0
变化量(mol/L)50%×a a 0.5a
平衡量(mol/L)0.5a a 0.5a
则该反应的平衡常数K=
0.5a |
0.5a×a2 |
1 |
a2 |
若此时再向该容器中投入a mol CO、2a mol H2和a mol CH3OH,浓度为c(CO)=
a |
2 |
2a |
2 |
a |
2 |
a |
a×(2a)2 |
1 |
4a2 |
1 |
a2 |
故答案为:
1 |
a2 |
(4)燃料电池中,正极反应一定是氧气得电子,该电池的电解质环境是熔融碳酸盐,所以电极反应为:O2+2CO2+4e-=2CO 32-,负极是燃料失电子生成二氧化碳,负极电极反应为:CH4+4CO32--8e-=5CO2+2H2O;
故答案为:CH4+4CO32--8e-=5CO2+2H2O.
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