實(shí)驗(yàn)組 | 溫度℃ | 起始量mol | 平衡量mol | 達(dá)平衡所需時(shí)間min | ||
CO | H2O | H2 | CO | |||
1 | 650 | 4 | 2 | 1.6 | 2.4 | 6 |
2 | 900 | 2 | 1 | 0.4 | 1.6 | 3 |
3 | 900 | a | b | c | d | t |
分析 (1)由反應(yīng)方程式:CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O可知;
①A.v正(H2)=3v正(CH3OH)=3v逆(CH3OH),達(dá)平衡狀態(tài);
B.容器中混合氣體的密度變大,說(shuō)明平均摩爾質(zhì)量變大,平衡正向移動(dòng);
C.容器中壓強(qiáng)不變,說(shuō)明各物質(zhì)的量不變,反應(yīng)達(dá)平衡狀態(tài);
D.2個(gè)C=O斷裂的同時(shí)有6個(gè)H-H生成,說(shuō)明正逆反應(yīng)速率相等,反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài);
②上述反應(yīng)其他條件保持不變,在恒容條件下進(jìn)行,相當(dāng)在恒壓的基礎(chǔ)上減小壓強(qiáng),平衡逆向移動(dòng),H2的轉(zhuǎn)化率將變;
③根據(jù)圖1可知0.5mol CO2和1.5mol H2轉(zhuǎn)化率達(dá)80%時(shí)放熱23-3.4=19.6KJ,然后按比例計(jì)算:CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)的△H得出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式;
(2)①650℃時(shí),CO(g)+H2O(g)?CO2(g)+H2(g),
開(kāi)始(mol):4 2 0 0
轉(zhuǎn)化(mol):1.6 1.6 1.6 1.6
平衡(mol):2.4 0.4 1.6 1.6
所以K=$\frac{c(C{O}_{2})×c({H}_{2})}{c(CO)×c({H}_{2}O)}$=$\frac{0.8×0.8}{1.2×0.2}$=2.67;
900℃時(shí),CO(g)+H2O(g)?CO2(g)+H2(g),
開(kāi)始(mol):2 1 0 0
轉(zhuǎn)化(mol):0.4 0.4 0.4 0.4
平衡(mol):1.6 0.6 0.4 0.4
由于反應(yīng)前后氣體的體積不變,用物質(zhì)的量代替濃度計(jì)算平衡常數(shù),故平衡常數(shù)K=$\frac{c(C{O}_{2})×c({H}_{2})}{c(CO)×c({H}_{2}O)}$=$\frac{0.4×0.4}{1.6×0.6}$=$\frac{1}{6}$,平衡常數(shù)減小,說(shuō)明正反應(yīng)是放熱反應(yīng);
②根據(jù)方程式可知,參加反應(yīng)CO、水的物質(zhì)的量相等,結(jié)合CO的轉(zhuǎn)化率大于水蒸氣的轉(zhuǎn)化率判斷;
③利用三段式計(jì)算平衡時(shí)各組分物質(zhì)的量,由于反應(yīng)前后氣體的體積不變,用物質(zhì)的量代替濃度代入平衡常數(shù)表達(dá)式K=$\frac{c(C{O}_{2})×c({H}_{2})}{c(CO)×c({H}_{2}O)}$計(jì)算,由于反應(yīng)前后氣體的體積不變,用物質(zhì)的量代替濃度計(jì)算產(chǎn)生的濃度商Qc,與平衡常數(shù)相比,判斷反應(yīng)進(jìn)行方向,進(jìn)而判斷v(正)、v(逆)的相對(duì)大。
(3)甲醛被氧化成甲酸,而碘酸根被還原成碘離子,所以離子方程式為:HCHO+IO-+OH-=HCOO-+I-+H2O.
解答 解:(1)由反應(yīng)方程式:CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O可知;
①A.v正(H2)=3v正(CH3OH)=3v逆(CH3OH),達(dá)平衡狀態(tài),故不符合;
B.容器中混合氣體的密度變大,說(shuō)明平均摩爾質(zhì)量變大,平衡正向移動(dòng),故符合;
C.容器中壓強(qiáng)不變,說(shuō)明各物質(zhì)的量不變,反應(yīng)達(dá)平衡狀態(tài),故不符合;
D.2個(gè)C=O斷裂的同時(shí)有6個(gè)H-H生成,說(shuō)明正逆反應(yīng)速率相等,反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài),故不符合;
故選B.
②上述反應(yīng)其他條件保持不變,在恒容條件下進(jìn)行,相當(dāng)在恒壓的基礎(chǔ)上減小壓強(qiáng),平衡逆向移動(dòng),H2的轉(zhuǎn)化率將變小,故答案為:變。
③根據(jù)圖1可知0.5mol CO2和1.5mol H2轉(zhuǎn)化率達(dá)80%時(shí)放熱23-3.4=19.6KJ,則該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式:CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)△H=-$\frac{19.6mol}{80%}$×2=-49kJ•mol-1,故答案為:CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)△H=-49 kJ•mol-1;
(2)①650℃時(shí),CO(g)+H2O(g)?CO2(g)+H2(g),
開(kāi)始(mol):4 2 0 0
轉(zhuǎn)化(mol):1.6 1.6 1.6 1.6
平衡(mol):2.4 0.4 1.6 1.6
所以K=$\frac{c(C{O}_{2})×c({H}_{2})}{c(CO)×c({H}_{2}O)}$=$\frac{0.8×0.8}{1.2×0.2}$=2.67;
900℃時(shí),CO(g)+H2O(g)?CO2(g)+H2(g),
開(kāi)始(mol):2 1 0 0
轉(zhuǎn)化(mol):0.4 0.4 0.4 0.4
平衡(mol):1.6 0.6 0.4 0.4
由于反應(yīng)前后氣體的體積不變,用物質(zhì)的量代替濃度計(jì)算平衡常數(shù),故平衡常數(shù)K=$\frac{c(C{O}_{2})×c({H}_{2})}{c(CO)×c({H}_{2}O)}$=$\frac{0.4×0.4}{1.6×0.6}$=$\frac{1}{6}$,所以升高溫度平衡常數(shù)減小,所以正反應(yīng)是放熱反應(yīng),即△H<0,故答案為:<;
②根據(jù)方程式可知,參加反應(yīng)CO、水的物質(zhì)的量相等,令其物質(zhì)的量均為x,CO的轉(zhuǎn)化率大于水蒸氣的轉(zhuǎn)化率,則$\frac{x}{a}$>$\frac{x}$,且a、b均不為0,整理得0<$\frac{a}$<1,
故答案為:0<$\frac{a}$<1;
③CO(g)+H2O(g)?CO2(g)+H2(g),
開(kāi)始(mol):2 1 0 0
轉(zhuǎn)化(mol):0.4 0.4 0.4 0.4
平衡(mol):1.6 0.6 0.4 0.4
由于反應(yīng)前后氣體的體積不變,用物質(zhì)的量代替濃度計(jì)算平衡常數(shù),故平衡常數(shù)K=$\frac{c(C{O}_{2})×c({H}_{2})}{c(CO)×c({H}_{2}O)}$=$\frac{0.4×0.4}{1.6×0.6}$=$\frac{1}{6}$,
若900℃時(shí),在此容器中加入CO、H2O、CO2、H2均為2mol時(shí),濃度均為1mol/L,此時(shí)濃度商Qc=$\frac{1×1}{1×1}$=1<K=$\frac{1}{6}$,故反應(yīng)向逆反應(yīng)進(jìn)行,則此時(shí)v(正)<v(逆),
故答案為:<;
(3)甲醛被氧化成甲酸,而碘酸根被還原成碘離子,所以離子方程式為:HCHO+IO-+OH-=HCOO-+I-+H2O,故答案為:HCHO+IO-+OH-=HCOO-+I-+H2O.
點(diǎn)評(píng) 本題屬于拼合型題目,涉及化學(xué)平衡進(jìn)行方向的判斷、化學(xué)平衡計(jì)算、平衡常數(shù)計(jì)算及應(yīng)用、熱化學(xué)方程式書(shū)寫(xiě)等,化學(xué)平衡常數(shù)的計(jì)算及應(yīng)用是近幾年高考?贾R(shí)點(diǎn),是學(xué)生綜合能力的考查,難度中等.
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