*醇(CH3OH)是重要的溶剂和替代燃料,工业上用CO和H2在一定条件下制备CH3OH的反应为CO(g)+2H...
问题详情:
*醇(CH3OH)是重要的溶剂和替代燃料,工业上用CO和H2在一定条件下制备CH3OH的反应为CO(g)+2H2(g) CH3OH(g); △H。
(1)在体积为1L的恒容密闭容器中,充入2molCO和4molH2,一定条件下发生上述反应,测得CO(g)和CH3OH(g)的浓度随时间的变化如图*所示。
①从反应开始到5min,用*气表示的平均反应速率v(H2)=________。
②下列说法正确的是________(填序号)。
A. 达到平衡时,H2的转化率为75%
B. 5min后容器中压强不再改变
C. 达到平衡后,再充入氩气,反应速率增大
D. 2min前v(正)>v(逆),2min后v(正)<v(逆)
(2)某温度下,在一恒压容器中分别充入1.2molCO和1molH2,达到平衡时容器体积为2L,且含有0.4molCH3OH(g),则该反应平衡常数的值为__________。
(3)*醇是一种新型的汽车动力燃料。已知H2(g)、CO(g)、CH3OH(l)的燃烧热分别为285.8kJ/mol、283.0kJ/mol和726.5kJ/mol,则*醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式为________。
(4)现有容积均为1L的a、b、c三个密闭容器,往其中分别充入1molCO和2molH2的混合气体,控制温度,进行反应,测得相关数据的关系如图所示。b中*醇体积分数大于a中的原因是____________。达到平衡时,a、b、c中CO的转化率大小关系为___________。
(5)*醇作为一种燃料还可用于燃料电池。在温度为650℃的熔融盐燃料电池中用*醇、空气与CO2的混合气体作反应物,镍作电极,用Li2CO3和Na2CO3混合物作电解质。该电池的负极反应式为___________________________。
【回答】
【*】 (1). 0.6mol/(L·min) (2). A B (3). 50 L2 / mol2(不写单位不影响得分) (4). CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2H2O(l) △H=-443.5kJ·mol-1 (5). b中温度高,反应速率快,反应相同时间生成的*醇多,体积分数大 (6). a>b>c (7). CH3OH-6e-+3CO32-=4CO2↑+2H2O
【解析】
【分析】
(1)①根据v=Δc/Δt计算v(H2);
②H2的转化率=H2的浓度变化量/H2的浓度初始量×100%;根据图像5min后容器中气体物质的量不再改变;恒容密闭容器中达到平衡后,再充入氩气,反应物浓度不变,反应速率不变;2min前后,反应都正向进行;
(2)利用“三段式”计算平衡常数;
(3)根据盖斯定律计算*醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的焓变;
(4)b中温度高,反应速率快,反应相同时间生成的*醇多,使得b中*醇体积分数大于a;达到平衡时,a、b、c三个容器的反应温度不同,a容器温度最低,c容器的反应温度最高,根据反应放热可判断出,升高温度,平衡逆向移动,*醇的体积分数减小,故应为a>b>c;
(5)根据电池的负极反应物为*醇,写出电极方程式。
【详解】(1)①由图可知,平衡时*醇的浓度为1.5mol/L,则v(CH3OH)=1.5mol/L÷5min=0.3mol/(L·min),速率之比等于其化学计量数之比,则v(H2)=2v(CH3OH)=0.6mol/(L·min),故*为:0.6mol/(L·min)。
②A.由图可知,CO的起始浓度为2mol/L、平衡时浓度为0.5mol/L,则△c(CO)=2mol/L-0.5mol/L=1.5mol/L,则*气浓度变化量为1.5mol/L×2=3mol/L,*气转化率=3mol/L/(4mol÷1L)×100%=75%,故A正确;
B.根据图像,5min后反应达到平衡,容器中压强不再改变,故B正确;
C.达到平衡后,再充入氩气,体积不变,反应物的浓度不变,反应速率不变,故C错误;D.2min前反应正向进行,v(正)>v(逆),2min后5min前反应仍正向进行,v(正)>v(逆),故D错误。
故*为:AB。
(2) CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)
起始(mol/L) 0.6 0.5 0
转化(mol/L) 0.2 0.4 0.2
平衡(mol/L) 0.4 0.1 0.2
所以该反应平衡常数K=0.2mol/L[0.4mol/L×(0.1mol/L)2]=50L2/mol2,
故*为:50L2/mol2。
(3)由CO(g)和CH3OH(l)的燃烧热△H分别为-283.0kJ•mol-1和-726.5kJ•mol-1,则①CO(g)+1/2O2(g)=CO2(g)△H=-283.0kJ•mol-1,②CH3OH(l)+1/2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)△H=-726.5kJ•mol-1,由盖斯定律可知,②-①得反应CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2 H2O(l),则△H=-726.5kJ•mol-1-(-283.0kJ•mol-1)=-443.5kJ•mol-1,故*为:CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2H2O(l)△H=-443.5kJ•mol-1。
(4)b中温度高,反应速率快,反应相同时间生成的*醇多,使得b中*醇体积分数大于a;达到平衡时,a、b、c三个容器的反应温度不同,a容器温度最低,c容器的反应温度最高,根据反应放热可判断出,升高温度,平衡逆向移动,*醇的体积分数减小,故应为a>b>c,故*为:b中温度高,反应速率快,反应相同时间生成的*醇多,体积分数大;a>b>c。
(5)在温度为650℃的熔融盐燃料电池中用*醇、空气与CO2的混合气体作反应物,镍作电极,用Li2CO3和Na2CO3混合物作电解质。该电池的负极反应物为*醇,反应式为CH3OH-6e-+3CO32-=4CO2↑+2H2O,故*为:CH3OH-6e-+3CO32-=4CO2↑+2H2O。
知识点:电离平衡 水解平衡
题型:实验,探究题