*醇(CH3OH)是重要的溶劑和替代燃料,工業上用CO和H2在一定條件下製備CH3OH的反應為CO(g)+2H...
問題詳情:
*醇(CH3OH)是重要的溶劑和替代燃料,工業上用CO和H2在一定條件下製備CH3OH的反應為CO(g)+2H2(g) CH3OH(g); △H。
(1)在體積為1L的恆容密閉容器中,充入2molCO和4molH2,一定條件下發生上述反應,測得CO(g)和CH3OH(g)的濃度隨時間的變化如圖*所示。
①從反應開始到5min,用*氣表示的平均反應速率v(H2)=________。
②下列說法正確的是________(填序號)。
A. 達到平衡時,H2的轉化率為75%
B. 5min後容器中壓強不再改變
C. 達到平衡後,再充入氬氣,反應速率增大
D. 2min前v(正)>v(逆),2min後v(正)<v(逆)
(2)某溫度下,在一恆壓容器中分別充入1.2molCO和1molH2,達到平衡時容器體積為2L,且含有0.4molCH3OH(g),則該反應平衡常數的值為__________。
(3)*醇是一種新型的汽車動力燃料。已知H2(g)、CO(g)、CH3OH(l)的燃燒熱分別為285.8kJ/mol、283.0kJ/mol和726.5kJ/mol,則*醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態水的熱化學方程式為________。
(4)現有容積均為1L的a、b、c三個密閉容器,往其中分別充入1molCO和2molH2的混合氣體,控制溫度,進行反應,測得相關資料的關係如圖所示。b中*醇體積分數大於a中的原因是____________。達到平衡時,a、b、c中CO的轉化率大小關係為___________。
(5)*醇作為一種燃料還可用於燃料電池。在溫度為650℃的熔融鹽燃料電池中用*醇、空氣與CO2的混合氣體作反應物,鎳作電極,用Li2CO3和Na2CO3混合物作電解質。該電池的負極反應式為___________________________。
【回答】
【*】 (1). 0.6mol/(L·min) (2). A B (3). 50 L2 / mol2(不寫單位不影響得分) (4). CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2H2O(l) △H=-443.5kJ·mol-1 (5). b中溫度高,反應速率快,反應相同時間生成的*醇多,體積分數大 (6). a>b>c (7). CH3OH-6e-+3CO32-=4CO2↑+2H2O
【解析】
【分析】
(1)①根據v=Δc/Δt計算v(H2);
②H2的轉化率=H2的濃度變化量/H2的濃度初始量×100%;根據影象5min後容器中氣體物質的量不再改變;恆容密閉容器中達到平衡後,再充入氬氣,反應物濃度不變,反應速率不變;2min前後,反應都正向進行;
(2)利用“三段式”計算平衡常數;
(3)根據蓋斯定律計算*醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態水的焓變;
(4)b中溫度高,反應速率快,反應相同時間生成的*醇多,使得b中*醇體積分數大於a;達到平衡時,a、b、c三個容器的反應溫度不同,a容器溫度最低,c容器的反應溫度最高,根據反應放熱可判斷出,升高溫度,平衡逆向移動,*醇的體積分數減小,故應為a>b>c;
(5)根據電池的負極反應物為*醇,寫出電極方程式。
【詳解】(1)①由圖可知,平衡時*醇的濃度為1.5mol/L,則v(CH3OH)=1.5mol/L÷5min=0.3mol/(L·min),速率之比等於其化學計量數之比,則v(H2)=2v(CH3OH)=0.6mol/(L·min),故*為:0.6mol/(L·min)。
②A.由圖可知,CO的起始濃度為2mol/L、平衡時濃度為0.5mol/L,則△c(CO)=2mol/L-0.5mol/L=1.5mol/L,則*氣濃度變化量為1.5mol/L×2=3mol/L,*氣轉化率=3mol/L/(4mol÷1L)×100%=75%,故A正確;
B.根據影象,5min後反應達到平衡,容器中壓強不再改變,故B正確;
C.達到平衡後,再充入氬氣,體積不變,反應物的濃度不變,反應速率不變,故C錯誤;D.2min前反應正向進行,v(正)>v(逆),2min後5min前反應仍正向進行,v(正)>v(逆),故D錯誤。
故*為:AB。
(2) CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)
起始(mol/L) 0.6 0.5 0
轉化(mol/L) 0.2 0.4 0.2
平衡(mol/L) 0.4 0.1 0.2
所以該反應平衡常數K=0.2mol/L[0.4mol/L×(0.1mol/L)2]=50L2/mol2,
故*為:50L2/mol2。
(3)由CO(g)和CH3OH(l)的燃燒熱△H分別為-283.0kJ•mol-1和-726.5kJ•mol-1,則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,由蓋斯定律可知,②-①得反應CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2 H2O(l),則△H=-726.5kJ•mol-1-(-283.0kJ•mol-1)=-443.5kJ•mol-1,故*為:CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2H2O(l)△H=-443.5kJ•mol-1。
(4)b中溫度高,反應速率快,反應相同時間生成的*醇多,使得b中*醇體積分數大於a;達到平衡時,a、b、c三個容器的反應溫度不同,a容器溫度最低,c容器的反應溫度最高,根據反應放熱可判斷出,升高溫度,平衡逆向移動,*醇的體積分數減小,故應為a>b>c,故*為:b中溫度高,反應速率快,反應相同時間生成的*醇多,體積分數大;a>b>c。
(5)在溫度為650℃的熔融鹽燃料電池中用*醇、空氣與CO2的混合氣體作反應物,鎳作電極,用Li2CO3和Na2CO3混合物作電解質。該電池的負極反應物為*醇,反應式為CH3OH-6e-+3CO32-=4CO2↑+2H2O,故*為:CH3OH-6e-+3CO32-=4CO2↑+2H2O。
知識點:電離平衡 水解平衡
題型:實驗,探究題
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