甲醇作为基本的有机化工产品和环保动力燃料具有广阔的应用前景,CO2 加氢合成甲醇是合理利用CO2 的有效途径,由CO2 制备甲醇过程可能涉及反应如下:
反应Ⅰ:CO2 (g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H1=-49.58kJ/mol
反应Ⅱ:CO2 (g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) △H2
反应Ⅲ:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H3=-90.77kJ/mol
回答下列问题:
(1)反应Ⅱ的△H2=______ ,反应 I自发进行条件是 ______(填“较低温”、“较高温”或“任何温度”)。
(2)在一定条件下3 L恒容密闭容器中,充入一定量的H2和CO2仅发生反应Ⅰ,实验测得反应物在不同起始投入量下,反应体系中CO2的平衡转化率与温度的关系曲线,如图1所示。
①H2和CO2的起始的投入量以A和B两种方式投入
A:n(H2)=3 mol,n(CO2)=1.5 mol B:n(H2)=3 mol,n(CO2)=2 mol,
曲线 I代表哪种投入方式______(用A、B表示)。
②在温度为500K的条件下,按照A方式充入3 mol H2和1.5 mol CO2,该反应10 min时达到平衡:
a.此温度下的平衡常数为______;500K时,若在此容器中开始充入0.3 mol H2和0.9 mol CO2、0.6 mol CH3OH、x mol H2O,若使反应在开始时正向进行,则x应满足的条件是 ______。
b.在此条件下,系统中CH3OH的浓度随反应时间的变化趋势如图2所示,当反应时间达到3 min时,迅速将体系温度升至600 K,请在图2中画出3~10 min内容器中CH3OH浓度的变化趋势曲线__________。
(3)化物燃料电池是一种新型的燃料电池,它是以固体氧化锆氧化钇为电解质,这种固体电解质在高温下允许氧离子(O2-)在其间通过,该电池的工作原理如图3所示,其中多孔电极均不参与电极反应,图3是甲醇燃料电池的模型。
①写出该燃料电池的负极反应式 ______。
②如果用该电池作为电解装置,当有16 g甲醇发生反应时,则理论上提供的电量最多为 ______(法拉第常数为9.65×104C/mol)
煤化工中常需研究不同温度下平衡常数、投料比及产率等问题。已知:CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)的平衡常数随温度的变化如下表:下列叙述正确的是
温度/℃ | 400 | 500 | 830 | 1000 |
平衡常数K | 10 | 9 | 1 | 0.6 |
A. 该反应的正反应是吸热反应
B. 该反应达到平衡后,保持容器休积不变升高温度,正反应速率不变,容器内混合气体的压强不变
C. 830℃时,在恒容反应器中按物质的量比n(CO):n(H2O):n(H2):n(CO2)=2:4:6:1投入反应混合物发生上述反应,初始时刻v正<v逆
D. 830℃时,在2L的密闭容器中加入4molCO(g)和6molH2O(g)达到平衡时,CO的转化率是60%
在300 mL的密闭容器中,放入镍粉并充入一定量的CO气体,一定条件下发生反应:Ni(s)+4CO(g)⇌Ni(CO)4(g),已知该反应平衡常数与温度的关系如表:
温度/℃ | 25 | 80 | 230 |
平衡常数 | 5×104 | 2 | 1.9×10-5 |
下列说法不正确的是( )
A.上述生成Ni(CO)4(g)的反应为放热反应
B.在25 ℃时,反应Ni(CO)4(g)⇌Ni(s)+4CO(g)的平衡常数为2×10-5
C.在80 ℃时,测得某时刻,Ni(CO)4、CO浓度均为0.5 mol·L-1,则此时v正>v逆
D.在80 ℃达到平衡时,测得n(CO)=0.3 mol,则Ni(CO)4的平衡浓度为2 mol·L-1
1000 K时,反应C(s)+2H2 (g)CH4(g)的K =8.28×107,当H2、CH4气体物质的量浓度分别为0.7 mol·L-1 、0.2 mol·L-1 时,上述反应
A.正向移动 B.逆向移动 C.达到平衡 D.不一定
一 定条件下存在反应:C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) △H>0,向甲、乙、丙三个恒容容器中加入一定量的初始物质,各容器中温度、反应物的起始量如表,反应过程中CO的物质的量浓度随时间变化如图所示:
容器 | 甲 | 乙 | 丙 | |
容积/L | 1 | 1 | V | |
温度/℃ | T1 | T2 | T1 | |
起始量 | 2 molC(s)、2 mol H2O(g) | 2 mol CO(g)、2 mol H2(g) | 6 molC(s)、 4mol H2O(g) |
下列说法正确的是( )
A.甲容器中,0~5 min内的平均反应速率v(CO)=0.1 mol/(L·min)
B.乙容器中,若平衡时n(C)=0.56 mol,则T2>T1
C.温度为T1时,反应的平衡常数为K=9
D.丙容器的容积V=0.8 L
在可逆反应2SO2+O2⇌2SO3的平衡状态下,保持恒温恒容向容器中加入一定量的O2,下列说法正确的是(K为平衡常数,QC为浓度商)
A.QC不变,K变大,O2转化率增大
B.QC不变,K变大,SO2转化率增大
C.QC变小,K不变,O2转化率减小
D.QC增大,K不变,SO2转化率增大