Question

【題目】貯氫合金ThNi5可催化由CO、H2合成CH4等有機化工產(chǎn)品的反應(yīng)。溫度為TK時發(fā)生以下反應(yīng)：①

①

②

③

④

（l）溫度為TK時，催化由CO、H2合成CH4反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為____。

（2）已知溫度為TK時的活化能為485.2 kJ/mol，則其逆反應(yīng)的活化能為____kJ/mol。

（3）TK時，向一恒壓密閉容器中充入等物質(zhì)的量的CO(g)和H2O(g)發(fā)生上述反應(yīng)②（已排除其他反應(yīng)干擾），測得CO(g)物質(zhì)的量分數(shù)隨時間變化如下表所示：

若初始投入CO為2 mol，恒壓容器容積10 L，用H2O(g)表示該反應(yīng)0-5分鐘內(nèi)的速率v（H2O（g））=____。6分鐘時，僅改變一種條件破壞了平衡，則改變的外界條件為____

（4）750K下，在恒容密閉容器中，充入一定量的甲醇，發(fā)生反應(yīng)④，若起始壓強為101 kPa，達到平衡轉(zhuǎn)化率為50. 0%，則反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp= _____用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓=總壓×物質(zhì)的量分數(shù)，忽略其它反應(yīng)）。

（5）某溫度下，將2 mol CO與5 mol H2的混合氣體充入容積為2L的密閉容器中，在催化劑的作用下發(fā)生反應(yīng)③。經(jīng)過5 min后，反應(yīng)達到平衡，此時轉(zhuǎn)移電子6 mol。若保持體積不變，再充入2 mol CO和1.5 mol CH3OH，此時v（正）____v（逆）（填“>” “<”或“=”）。下列不能說明該反應(yīng)已達到平衡狀態(tài)的是____。

a CH3OH的質(zhì)量不變 b 混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再改變

c v逆(CO)=2v正(H2) d 混合氣體密度不再發(fā)生改變

（6）已知400 K、500 K時水煤氣變換中CO和H，分壓隨時間變化關(guān)系如下圖所示，催化劑為氧化鐵。實驗初始時體系中的pH2O和PCO相等、PCO2和pH2相等；已知700 K時的K=l. 31。

400 K時pH2隨時間變化關(guān)系的曲線是 _____500 K時pCO隨時間變化關(guān)系的曲線是____

Answer 1

【答案】 320.2 0.32molL-1mim-1 降低溫度 50.5 kPa > cd b d

【解析】

(l)由蓋斯定律可知，②-①得到，以此來解答。

(2)反應(yīng)的活化能是使普通分子變成活化分子所需提供的最低限度的能量，根據(jù)已知信息，為吸熱反應(yīng)，反應(yīng)物總能量低于生成物總能量，依據(jù)反應(yīng)能量關(guān)系可知，逆反應(yīng)的活化能=正反應(yīng)的活化能-反應(yīng)的焓變；

(3)發(fā)生反應(yīng)，根據(jù)v=計算反應(yīng)速率，利用速率之比等于反應(yīng)中計量數(shù)之比可得到H2O的反應(yīng)速率，根據(jù)表中的數(shù)據(jù)可知，在5分鐘后，一氧化碳的物質(zhì)的量分數(shù)不變?yōu)?/span>0.1，即反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，該反應(yīng)氣體的總物質(zhì)的量不變，6分鐘時，一氧化碳的物質(zhì)的量分數(shù)變小，說明平衡正向移動，據(jù)此分析；

(4)設(shè)甲醇的物質(zhì)的量為1mol，平衡時轉(zhuǎn)化率為50%，則根據(jù)三段式、各物質(zhì)平衡時總壓和分壓的關(guān)系計算；

(5)某溫度，將2molCO與5molH2的混合氣體充入容積為2L的密閉容器中，經(jīng)過5min后，反應(yīng)達到平衡，依據(jù)化學(xué)方程式可知轉(zhuǎn)移電子4mol消耗CO物質(zhì)的量為1mol，則此時轉(zhuǎn)移電子6mol，消耗CO物質(zhì)的量=×1mol=1.5mol，結(jié)合化學(xué)平衡三段式列式計算平衡常數(shù)K=，若保持體積不變，再充入2molCO和1.5molCH3OH，計算此時濃度商Qc和平衡常數(shù)大小比較判斷平衡的進行方向；反應(yīng)是氣體體積減小的放熱反應(yīng)，反應(yīng)達到平衡的標志是正逆反應(yīng)速率相同，各組分含量保持不變，分析選項中變量不變說明反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，否則不能達到平衡；

(6)該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，則小于700K時，K(400K)> K(500K)>1.31，則平衡時p(H2)> p(CO)，故a、b表示H2的分壓，c、d表示CO的分壓；

(1)已知反應(yīng)：①，②，由蓋斯定律可知，②-①得到，

故答案為：；

(2)反應(yīng)的活化能是使普通分子變成活化分子所需提供的最低限度的能量，根據(jù)已知信息，為吸熱反應(yīng)，反應(yīng)物總能量低于生成物總能量，依據(jù)反應(yīng)能量關(guān)系可知，逆反應(yīng)的活化能=正反應(yīng)的活化能-反應(yīng)的焓變；，該反應(yīng)的活化能為485.2 kJ/mol，則其逆反應(yīng)的活化能=485.2 kJ/mol -165 kJ/mol =320.2 kJ/mol；

(3)發(fā)生反應(yīng)，若初始投入一氧化碳為2mol，則水蒸氣也為2mol，該反應(yīng)的總物質(zhì)的量不變，所以平衡時一氧化碳的物質(zhì)的量為4mol×0.1=0.4mol，0～5分鐘內(nèi)的一氧化碳的反應(yīng)速率υ（CO）==0.032mol/（Lmin），6分鐘時，一氧化碳的物質(zhì)的量分數(shù)變小，說明平衡正向移動，而該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，所以應(yīng)為降低溫度；

(4)設(shè)甲醇的物質(zhì)的量為1mol，平衡時轉(zhuǎn)化率為50%，則根據(jù)三段式：

n始：n平=p始：p平，p平=

則反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp==50.5 kPa；

(5)某溫度，將2molCO與5molH2的混合氣體充入容積為2L的密閉容器中，經(jīng)過5min后，反應(yīng)達到平衡，依據(jù)化學(xué)方程式可知轉(zhuǎn)移電子4mol消耗CO物質(zhì)的量為1mol，則此時轉(zhuǎn)移電子6mol，消耗CO物質(zhì)的量==×1mol=1.5mol，結(jié)合化學(xué)平衡三段式列式計算:

平衡濃度c(CO)==0.25mol/L，c(H2)==1mol/L，c(CH3OH)==0.75mol/L，平衡常數(shù)K==3，若保持體積不變，再充入2molCO和1.5molCH3OH，計算此時濃度商Qc==1.2<3，說明平衡正向進行，此時v(正)>v(逆)；

CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)△H<0，反應(yīng)是氣體體積減小的放熱反應(yīng)，反應(yīng)達到平衡的標志是正逆反應(yīng)速率相同，各組分含量保持不變，分析選項中變量不變說明反應(yīng)達到平衡狀態(tài)；

a.CH3OH的質(zhì)量不變，物質(zhì)的量不變，說明反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，故a不符合題意；

b.反應(yīng)前后氣體質(zhì)量不變，反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量變化，當混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再改變，說明反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，故b不符合題意；

c.反應(yīng)速率之比等于化學(xué)方程式計量數(shù)之比，2v正(CO)=v正(H2) ，屬于正反應(yīng)速率之比，當滿足2v逆(CO)=v正(H2)說明氫氣的正逆反應(yīng)速率相同，反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，但v逆(CO)=2v正(H2)不能說明反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，故c符合題意；

d.反應(yīng)前后氣體質(zhì)量不變，容器體積不變，混合氣體的密度始終不發(fā)生改變，不能說明反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，故d符合題意；

故答案為cd；

(6)已知700 K時的K=l. 31，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，則小于700K時，K(400K)> K(500K)>1.31，則平衡時p(H2)> p(CO)，故a、b表示H2的分壓，c、d表示CO的分壓，升高溫度反應(yīng)逆向進行，CO的分壓增大，H2的分壓減小，則由此可判斷400K時p(H2)和 p(CO)隨時間變化關(guān)系曲線分別是b、c；500K時p(H2)和 p(CO)隨時間變化關(guān)系曲線分別是a、d。