研究CO2与CH4的反应使之转化为CO和H2,对减缓燃料危机,减少温室效应具有重要的意义.(1)已知:2CO(g
研究CO2与CH4的反应使之转化为CO和H2,对减缓燃料危机,减少温室效应具有重要的意义.(1)已知:2CO(g)+O2(g)═2CO2(g)△H=-566kJ?mol-...
研究CO2与CH4的反应使之转化为CO和H2,对减缓燃料危机,减少温室效应具有重要的意义.(1)已知:2CO(g)+O2(g)═2CO2(g)△H=-566kJ?mol-12H2(g)+O2(g)═2H2O(g)△H=-484kJ?mol-1CH4(g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(g)△H=-802kJ?mol-1则CH4(g)+CO2(g)?2CO(g)+2H2(g)△H=______kJ?mol-1(2)在密闭容器中通入物质的量浓度均为0.1mol?L-1的CH4与CO2,在一定条件下发生反应CH4(g)+CO2(g)?2CO(g)+2H2(g),测得CH4的平衡转化率与温度、压强的关系如图1所示.据图可知,P1、P2、P3、P4 由大到小的顺序______.在压强为P4、1100℃的条件下,该反应5min时达到平衡点X,则用CO表示该反应的速率为______.该温度下,反应的平衡常数为______.(3)CO和H2在工业上还可以通过反应C(s)+H2O(g)?CO(g)+H2(g)来制取.①在恒温恒容下,如果从反应物出发建立平衡,可认定平衡已达到的是______.A.体系压强不再变化 B.H2与CO的物质的量之比为1:1C.混合气体的密度保持不变 D.气体平均相对分子质量为15,且保持不变②在某密闭容器中同时投入四种物质,2min时达到平衡,测得容器中有1mol H2O(g)、1mol CO(g)、2.2molH2(g)和一定量的C(s),如果此时对体系加压,平衡向______(填“正”或“逆”)反应方向移动,第5min时达到新的平衡,请在图2中画出2~5min内容器中气体平均相对分子质量的变化曲线.
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(1)已知反应①2CO(g)+O2(g)═2CO2(g)△H=-566kJ?mol-1
②2H2(g)+O2(g)═2H2O(g)△H=-484kJ?mol-1
③CH4(g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(g)△H=-802kJ?mol-1
根据盖斯定律,将③-①-②可得:
CH4(g)+CO2(g)?2CO(g)+2H2(g)△H=(-802kJ?mol-1)-(-566kJ?mol-1)-(-484kJ?mol-1)=+248KJ/mol,
故答案为:+248;
(2)由图可知,温度一定时,甲烷的转化率α(P1)>α(P2)>α(P3)>α(P4),该反应正反应是气体体积增大的反应,增大压强平衡向逆反应进行,甲烷的转化率降低,故压强P4>P3>P2>P1;
由图1可知,压强为P4、1100℃的条件下,该反应5min时达到平衡X点,是甲烷的转化率为80%,甲烷的浓度变化量为0.1mol/L×80%=0.08mol/L,故v(CH4)=
=0.016mol/(L?min),根据速率之比等于化学计量数之比,所以v(CO)=2v(CH4)=2×0.16mol/(L?min)=0.032mol/(L?min),
CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g),
开始(mol/L):0.1 0.1 0 0
变化(mol/L):0.08 0.08 0.16 0.16
平衡(mol/L):0.02 0.02 0.16 0.16
故该温度下平衡常数k=
=1.64
故答案为故答案为:P4>P3>P2>P1;0.032mol/(L?min);1.64;
(3)①A、正反应方向是个气体体积增大的方向,故随着反应的进行,平衡之前,体系压强会增大,故一旦当体系压强不变,说明反应达平衡,故A正确;
B、CO与H2的化学计量数为1:1,反应数值按物质的量比为1:1进行,不能说明到达平衡,故B错误;
C、混合气体的密度ρ=
,容器恒容,即V不变,随着反应的进行,混合气体的质量m增大,故ρ增大,一旦当ρ不变时,说明反应达平衡,故C正确;
D、反应混合物的总质量不变,随反应进行,反应混合物的总的物质的量增大,平均相对分子质量减小,混合气体的平均相对分子质量不发生变化,说明到达平衡,但达平衡时,平均相对分子质量不一定是15,故D错误;
故选AC;
②根据勒沙特列原理可知,增大压强,平衡向着气体体积减小的方向移动,此反应的逆反应方向是个气体体积减小的方向,故增大压强,向逆反应方向移动;
在第2min时,混合气体的平均相对分子质量即平均摩尔质量
=
=
=12g/mol.
设在第2~5min期间的任何时刻,有XmolH2被消耗,则有:
C(s)+H2O(g)?CO(g)+H2(g)
初始量(mol) 1 1 2.2
转变量(mol) X X X
剩余量(mol) (1+X) (1-X) (2.2-X)
混合气体的平均相对分子质量即平均摩尔质量
=
=
=12,故可知在2~5min期间的任意时刻,混合气体的平均相对分子质量不变,一直是12,故可得2~5min内容器中气体平均相对分子质量的变化曲线为
②2H2(g)+O2(g)═2H2O(g)△H=-484kJ?mol-1
③CH4(g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(g)△H=-802kJ?mol-1
根据盖斯定律,将③-①-②可得:
CH4(g)+CO2(g)?2CO(g)+2H2(g)△H=(-802kJ?mol-1)-(-566kJ?mol-1)-(-484kJ?mol-1)=+248KJ/mol,
故答案为:+248;
(2)由图可知,温度一定时,甲烷的转化率α(P1)>α(P2)>α(P3)>α(P4),该反应正反应是气体体积增大的反应,增大压强平衡向逆反应进行,甲烷的转化率降低,故压强P4>P3>P2>P1;
由图1可知,压强为P4、1100℃的条件下,该反应5min时达到平衡X点,是甲烷的转化率为80%,甲烷的浓度变化量为0.1mol/L×80%=0.08mol/L,故v(CH4)=
0.08mol/L |
5min |
CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g),
开始(mol/L):0.1 0.1 0 0
变化(mol/L):0.08 0.08 0.16 0.16
平衡(mol/L):0.02 0.02 0.16 0.16
故该温度下平衡常数k=
0.162×0.162 |
0.02×0.02 |
故答案为故答案为:P4>P3>P2>P1;0.032mol/(L?min);1.64;
(3)①A、正反应方向是个气体体积增大的方向,故随着反应的进行,平衡之前,体系压强会增大,故一旦当体系压强不变,说明反应达平衡,故A正确;
B、CO与H2的化学计量数为1:1,反应数值按物质的量比为1:1进行,不能说明到达平衡,故B错误;
C、混合气体的密度ρ=
m |
V |
D、反应混合物的总质量不变,随反应进行,反应混合物的总的物质的量增大,平均相对分子质量减小,混合气体的平均相对分子质量不发生变化,说明到达平衡,但达平衡时,平均相对分子质量不一定是15,故D错误;
故选AC;
②根据勒沙特列原理可知,增大压强,平衡向着气体体积减小的方向移动,此反应的逆反应方向是个气体体积减小的方向,故增大压强,向逆反应方向移动;
在第2min时,混合气体的平均相对分子质量即平均摩尔质量
. |
M |
m总 |
n总 |
18g+28g+4.4g |
4.2mol |
设在第2~5min期间的任何时刻,有XmolH2被消耗,则有:
C(s)+H2O(g)?CO(g)+H2(g)
初始量(mol) 1 1 2.2
转变量(mol) X X X
剩余量(mol) (1+X) (1-X) (2.2-X)
混合气体的平均相对分子质量即平均摩尔质量
. |
M |
m总 |
n总 |
18(1+X)+28(1?X)+2(2.2?X) |
(1+X)+(1?X)+(2.2?X) |
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