Question

贮氢合金ThNi₅可催化由CO、H₂合成CH₄等有机化工产品的反应。温度为TK时发生以下反应：①

①

②

③

④

（l）温度为TK时，催化由CO、H₂合成CH₄反应的热化学方程式为____。

（2）已知温度为TK时的活化能为485.2 kJ/mol，则其逆反应的活化能为____kJ/mol。

（3）TK时，向一恒压密闭容器中充入等物质的量的CO(g)和H₂O(g)发生上述反应②（已排除其他反应干扰），测得CO(g)物质的量分数随时间变化如下表所示：

若初始投入CO为2 mol，恒压容器容积10 L，用H₂O(g)表示该反应0-5分钟内的速率v（H₂O（g））=____。6分钟时，仅改变一种条件破坏了平衡，则改变的外界条件为____

（4）750K下，在恒容密闭容器中，充入一定量的甲醇，发生反应④，若起始压强为101 kPa，达到平衡转化率为50. 0%，则反应的平衡常数Kp=  _____用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数，忽略其它反应）。

（5）某温度下，将2 mol CO与5 mol H₂的混合气体充入容积为2L的密闭容器中，在催化剂的作用下发生反应③。经过5 min后，反应达到平衡，此时转移电子6 mol。若保持体积不变，再充入2 mol CO和1.5 mol CH₃OH，此时v_（正）____v_（逆）（填“>”  “<”或“=”）。下列不能说明该反应已达到平衡状态的是____。

a CH₃OH的质量不变    b 混合气体的平均相对分子质量不再改变

c v_逆(CO)=2v_正(H₂)     d 混合气体密度不再发生改变

（6）已知400 K、500 K时水煤气变换中CO和H，分压随时间变化关系如下图所示，催化剂为氧化铁。实验初始时体系中的pH₂O和PCO相等、PCO₂和pH₂相等；已知700 K时的K=l. 31。

400 K时pH₂随时间变化关系的曲线是 _____500 K时pCO随时间变化关系的曲线是____

Answer

320.2 0.32mol•L-1•mim-1 降低温度 50.5 kPa > cd b d

【解析】

(l)由盖斯定律可知，②-①得到，以此来解答。

(2)反应的活化能是使普通分子变成活化分子所需提供的最低限度的能量，根据已知信息，为吸热反应，反应物总能量低于生成物总能量，依据反应能量关系可知，逆反应的活化能=正反应的活化能-反应的焓变；

(3)发生反应，根据v=计算反应速率，利用速率之比等于反应中计量数之比可得到H2O的反应速率，根据表中的数据可知，在5分钟后，一氧化碳的物质的量分数不变为0.1，即反应达到平衡状态，该反应气体的总物质的量不变，6分钟时，一氧化碳的物质的量分数变小，说明平衡正向移动，据此分析；

(4)设甲醇的物质的量为1mol，平衡时转化率为50%，则根据三段式、各物质平衡时总压和分压的关系计算；

(5)某温度，将2molCO与5molH2的混合气体充入容积为2L的密闭容器中，经过5min后，反应达到平衡，依据化学方程式可知转移电子4mol消耗CO物质的量为1mol，则此时转移电子6mol，消耗CO物质的量=×1mol=1.5mol，结合化学平衡三段式列式计算平衡常数K=，若保持体积不变，再充入2molCO和1.5molCH3OH，计算此时浓度商Qc和平衡常数大小比较判断平衡的进行方向；反应是气体体积减小的放热反应，反应达到平衡的标志是正逆反应速率相同，各组分含量保持不变，分析选项中变量不变说明反应达到平衡状态，否则不能达到平衡；

(6)该反应为放热反应，则小于700K时，K(400K)> K(500K)>1.31，则平衡时p(H2)> p(CO)，故a、b表示H2的分压，c、d表示CO的分压；

(1)已知反应：①，②，由盖斯定律可知，②-①得到，

故答案为：；

(2)反应的活化能是使普通分子变成活化分子所需提供的最低限度的能量，根据已知信息，为吸热反应，反应物总能量低于生成物总能量，依据反应能量关系可知，逆反应的活化能=正反应的活化能-反应的焓变；，该反应的活化能为485.2 kJ/mol，则其逆反应的活化能=485.2 kJ/mol -165 kJ/mol =320.2 kJ/mol；

(3)发生反应，若初始投入一氧化碳为2mol，则水蒸气也为2mol，该反应的总物质的量不变，所以平衡时一氧化碳的物质的量为4mol×0.1=0.4mol，0～5分钟内的一氧化碳的反应速率υ（CO）==0.032mol/（L•min），6分钟时，一氧化碳的物质的量分数变小，说明平衡正向移动，而该反应为放热反应，所以应为降低温度；

(4)设甲醇的物质的量为1mol，平衡时转化率为50%，则根据三段式：

n始：n平=p始：p平，p平=

则反应的平衡常数Kp==50.5 kPa；

(5)某温度，将2molCO与5molH2的混合气体充入容积为2L的密闭容器中，经过5min后，反应达到平衡，依据化学方程式可知转移电子4mol消耗CO物质的量为1mol，则此时转移电子6mol，消耗CO物质的量==×1mol=1.5mol，结合化学平衡三段式列式计算:

平衡浓度c(CO)==0.25mol/L，c(H2)==1mol/L，c(CH3OH)==0.75mol/L，平衡常数K==3，若保持体积不变，再充入2molCO和1.5molCH3OH，计算此时浓度商Qc==1.2<3，说明平衡正向进行，此时v(正)>v(逆)；

CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g)△H<0，反应是气体体积减小的放热反应，反应达到平衡的标志是正逆反应速率相同，各组分含量保持不变，分析选项中变量不变说明反应达到平衡状态；

a.CH3OH的质量不变，物质的量不变，说明反应达到平衡状态，故a不符合题意；

b.反应前后气体质量不变，反应前后气体物质的量变化，当混合气体的平均相对分子质量不再改变，说明反应达到平衡状态，故b不符合题意；

c.反应速率之比等于化学方程式计量数之比，2v正(CO)=v正(H2) ，属于正反应速率之比，当满足2v逆(CO)=v正(H2)说明氢气的正逆反应速率相同，反应达到平衡状态，但v逆(CO)=2v正(H2)不能说明反应达到平衡状态，故c符合题意；

d.反应前后气体质量不变，容器体积不变，混合气体的密度始终不发生改变，不能说明反应达到平衡状态，故d符合题意；

故答案为cd；

(6)已知700 K时的K=l. 31，该反应为放热反应，则小于700K时，K(400K)> K(500K)>1.31，则平衡时p(H2)> p(CO)，故a、b表示H2的分压，c、d表示CO的分压，升高温度反应逆向进行，CO的分压增大，H2的分压减小，则由此可判断400K时p(H2)和 p(CO)随时间变化关系曲线分别是b、c；500K时p(H2)和 p(CO)随时间变化关系曲线分别是a、d。