(2014•贵州二模)工业上一般在密闭容器中采用下列反应合成甲醇:CO(g)+2H2(g)⇌CH30H(g)

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  • 解题思路:(1)①由图象可知,压强一定时,温度越高CO的转化率越小,说明升高温度平衡向逆反应方向移动,据此判断△H;根据反应前后气体物质的量的变化判断△S;根据△G=△H-T△S判断反应自发性问题;

    ②由图可知,在250℃、1.3×104kPa左右,CO转化率已较高(达90%左右),增大压强CO转化率提高不大,且生产成本增加;

    (2)①利用三段式计算平衡时各组分的平衡浓度,再根据k=

    c(C

    H

    3

    OH)

    c(CO)×

    c

    2

    (

    H

    2

    )

    计算;

    ②增大压强,正、逆反应速率都增大,平衡向正反应方向,平衡时各组分的浓度都增大,据此判断;

    ③各组成与原平衡相同说明为等效平衡,恒温恒容,前后气体体积变化,按化学计量数转化到左边,满足对于物质的物质的量相等即可,据此解答a、b的关系;

    计算出平衡时CH3OH(g)的物质的量,c大于此值平衡向逆反应进行,按化学计量数转化到左边,得到2mol CO时c的值最大,据此计算解答.

    (1)①由图象可知,压强一定时,温度越高CO的转化率越小,说明升高温度平衡向逆反应方向移动,则正反应为放热反应,即△H<0;

    该反应正反应是气体物质的量减小的反应,故熵减小,即△S<0;

    由△G=△H-T△S<0,反应自发进行,可知该反应在低温趋向自发进行,高温下不能自发进行,该反应不一定自发进行,

    故答案为:<;<;不一定;

    ②由图可知,在250℃、1.3×104kPa左右,CO转化率已较高(达90%左右),增大压强CO转化率提高不大,且生产成本增加,故实际生产条件控制在1.3×104kPa左右,

    故答案为:该压强下,CO转化率已较高(90%左右),再增大压强CO转化率提高不大,且生产成本增加;

    (2)①2molCO和6molH2充入2L的密闭容器中,CO、H2的起始浓度分别为[2mol/2L]=1mol/L、[6mol/2L]=3mol/L,充分反应后,达到平衡时测得c(CO)=0.1 mol/L,CO浓度变化为1mol/L-0.1mol/L=0.9mol/L,则:

    CO(g)+2H2(g)⇌CH30H(g)

    开始(mol/L):1 3 0

    变化(mol/L):0.9 1.8 0.9

    平衡(mol/L):0.1 1.2 0.9

    故该温度下,该反应的平衡常数k=

    0.9

    0.1×1.22=6.25,

    故答案为:6.25;

    ②a.增大压强,平衡时氢气的浓度增大,故a错误;

    b.增大压强,反应物、生成物的浓度都增大,故正、逆反应速率都加快,故b正确;

    c.增大压强平衡向正反应方向移动,甲醇的物质的量增加,故c正确;

    d.增大压强平衡向正反应方向移动,氢气的物质的量减小、甲醇的物质的量增大,故重新平衡时

    n(H2)

    n(CH3OH)减小,故d错误,

    故答案为:bc;

    ③各组成与原平衡相同说明为等效平衡,恒温恒容,前后气体体积变化,按化学计量数转化到左边,满足对于物质的物质的量相等即可,所以有:a+c=2,b+2c=6,整理得b=2+2a;

    由①计算可知,平衡时CH3OH的物质的量为0.9mol/L×2L=1.8mol,所以c>1.8mol平衡向逆反应进行.按化学计量数转化到左边,得到2mol CO时c的值最大,所以c最大为2mol.所以1.8<c<≤2,

    故答案为:b=2+2a;1.8<c≤2.

    点评:

    本题考点: 转化率随温度、压强的变化曲线;化学平衡建立的过程.

    考点点评: 本题综合性较大,涉及化学反应自发性判断、化学平衡常数、化学平衡影响因素、等效平衡计算等,(2)③注意等效思想的运用以及运用极限方法确定c的取值范围.