CO和在工业上常作为重要的化工原料,其混合气称为合成气。工业上催化重整是目前大规模制取合成气的重要方法,其原理为:
反应Ⅰ:
反应Ⅱ:
(1)、反应生成、的热化学方程式是_______ 。
(2)反应Ⅰ达到平衡的标志是_______。
(3)若容器容积不变,不考虑反应Ⅰ,对反应Ⅱ下列措施可增加CO转化率的是_______。
(4)某温度下,对于反应Ⅰ,将的原料气充入恒容密闭容器中,初始压强为,反应达平衡时总压强为,则平衡时甲烷的转化率为_______ (忽略副反应)。
(5)将1mol和1mol加入恒温恒压的密闭容器中(温度298K、压强100KPa,发生反应Ⅰ,不考虑反应Ⅱ的发生,该反应中,正反应速率,逆反应速率,其中、为速率常数,P为分压(分压=总压×物质的量分数),则该反应的压强平衡常数_______ (以、表示)。
反应Ⅰ:
反应Ⅱ:
(1)、反应生成、的热化学方程式是
(2)反应Ⅰ达到平衡的标志是_______。
A.恒温恒容情况下,压强不再改变 | B.速率比 |
C.平均相对分子质量不再改变 | D.恒温恒容情况下,气体密度不再改变 |
A.升高温度 | B.将从体系分离 |
C.充入He,使体系总压强增大 | D.按原投料比加倍投料 |
(5)将1mol和1mol加入恒温恒压的密闭容器中(温度298K、压强100KPa,发生反应Ⅰ,不考虑反应Ⅱ的发生,该反应中,正反应速率,逆反应速率,其中、为速率常数,P为分压(分压=总压×物质的量分数),则该反应的压强平衡常数
更新时间:2022-11-25 08:18:19
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解题方法
【推荐1】甲醇是一种重要的有机原料,常用于制造甲醛和农药等。回答下列问题:
(1)天然气是一种清洁的化石燃料,作为化工原料它可以用于合成甲醇,已知和的燃烧热分别为和,则由和直接合成的热化学方程式为___________ 。
(2)在体积为的绝热密闭容器中充入与发生如下反应:
CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH<0
①下列情况能说明该可逆反应达到平衡状态的是___________ (填正确答案标号);
A.
B.密闭容器中温度保持不变
C.密闭容器中混合气体的密度保持不变
D.密闭容器中保持不变
②温度对平衡转化率的影响如图所示,用平衡移动原理解释的平衡转化率随温度升高而减小的原因是___________ ,若要提高的平衡转化率,还可以采取的措施是___________ (任写一个即可);③若达到平衡时容器内的压强与起始时的压强之比为5:8,试计算该反应的平衡常数___________ 。
(1)天然气是一种清洁的化石燃料,作为化工原料它可以用于合成甲醇,已知和的燃烧热分别为和,则由和直接合成的热化学方程式为
(2)在体积为的绝热密闭容器中充入与发生如下反应:
CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH<0
①下列情况能说明该可逆反应达到平衡状态的是
A.
B.密闭容器中温度保持不变
C.密闭容器中混合气体的密度保持不变
D.密闭容器中保持不变
②温度对平衡转化率的影响如图所示,用平衡移动原理解释的平衡转化率随温度升高而减小的原因是
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【推荐2】氮的氧化物的催化还原是环保研究热点。
(1)常在催化条件下用还原来消除氮氧化物的污染。已知:a、b都大于0。
①
②
___________ (用含a、b的代数式表示)
(2)铜还原NO生成可将NO转化为无污染物质: 。向恒容密闭容器中充入NO和足量Cu,发生上述反应。
①达到平衡后,升高温度,NO的正反应速率___________ (填“大于”“小于”或“等于”)NO的逆反应速率。
②达到平衡后,增大Cu的质量,平衡___________ (填“向左”“向右”或“不”)移动。
(3)CO还原NO的反应为 。向体积均为的甲、乙两个恒容密闭容器中分别充入和,分别在绝热、恒温条件下发生上述反应。两反应体系中的压强随时间的变化曲线如图所示。
①___________ 0(填“>”“<”或“=”)。乙容器在___________ (填“绝热”或“恒温”)条件下进行。
②CO的转化率:a___________ b(填“>”“<”或“=”),判断依据是___________ 。
③a点___________ 。b点平衡常数K___________ a点浓度商Q(填“>”“<”或“=”)。
(1)常在催化条件下用还原来消除氮氧化物的污染。已知:a、b都大于0。
①
②
(2)铜还原NO生成可将NO转化为无污染物质: 。向恒容密闭容器中充入NO和足量Cu,发生上述反应。
①达到平衡后,升高温度,NO的正反应速率
②达到平衡后,增大Cu的质量,平衡
(3)CO还原NO的反应为 。向体积均为的甲、乙两个恒容密闭容器中分别充入和,分别在绝热、恒温条件下发生上述反应。两反应体系中的压强随时间的变化曲线如图所示。
①
②CO的转化率:a
③a点
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解答题-原理综合题
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(0.65)
【推荐3】天然气( 主要成分为甲烷)是一种高效的清洁能源,也是一种重要的化工原料,利用天然气制备甲醇、乙醇、二甲醚(CH3OCH3)、乙烯(C2H4)等物质的主要反应有:
①CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+ 3H2(g) △H1= + 206.2 kJ/ mol
②CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g) △H2=- 90.1kJ/ mol
③2CH3OH(g) = CH3OCH3(g) + H2O(g) △H3=- 24.5kJ/ mol
④2CH3OH(g) C2H4(g) + 2H2O(g) △H4=- 29.1kJ/ mol
⑤CH3OCH3(g)== C2H5OH(g) △H5=- 50.7 kJ /mol
请回答下列问题:
(1)反应2CH4(g)+H2O(g)= C2H5OH(g)+2H2(g)的△H =______ kJ/mol;根据化学原理,可 以同时加快该反应的速率和提高甲烷转化率的措施有_______________________ 。
(2)CO与H2在一定条件下,同时发生②和③的反应,产生二甲醚的结果如上图所示。260℃时,CO转化率虽然很高,而二甲醚的产率却很低,可能的原因是 ( 答出一条即可)_______ ;CO 与H2 合成二甲醚的最佳的温度是_____________ 。
(3) 对于气体参与的反应如反应④[2CH3OH(g) C2H4(g) + 2H2O(g)],可以用某组分B的平衡压强(PB)代替物质的量浓度(c)表示平衡常数(Kp),则反应④的平衡常数表达式Kp=____ ;也可以用压强(PB)变化表示化学反应速率,体积不变的密闭容器中充入一定量的CH3OH气体发生反应④,在10分钟内,容器的压强由xkPa 升高到ykPa,则这段时间该反应的化学反应速率v(CH4)=_____________ 。
(4) 反应①~⑤中有多种物质可以做燃料电池的燃料,其中H2是单位质量燃料释放电能最多的物质,若与下列物质构成电池,H2 与_______ 构成的电池比能量最大。
a.H2O2 b.Cl2 C.O2 d.NiOOH
①CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+ 3H2(g) △H1= + 206.2 kJ/ mol
②CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g) △H2=- 90.1kJ/ mol
③2CH3OH(g) = CH3OCH3(g) + H2O(g) △H3=- 24.5kJ/ mol
④2CH3OH(g) C2H4(g) + 2H2O(g) △H4=- 29.1kJ/ mol
⑤CH3OCH3(g)== C2H5OH(g) △H5=- 50.7 kJ /mol
请回答下列问题:
(1)反应2CH4(g)+H2O(g)= C2H5OH(g)+2H2(g)的△H =
(2)CO与H2在一定条件下,同时发生②和③的反应,产生二甲醚的结果如上图所示。260℃时,CO转化率虽然很高,而二甲醚的产率却很低,可能的原因是 ( 答出一条即可)
(3) 对于气体参与的反应如反应④[2CH3OH(g) C2H4(g) + 2H2O(g)],可以用某组分B的平衡压强(PB)代替物质的量浓度(c)表示平衡常数(Kp),则反应④的平衡常数表达式Kp=
(4) 反应①~⑤中有多种物质可以做燃料电池的燃料,其中H2是单位质量燃料释放电能最多的物质,若与下列物质构成电池,H2 与
a.H2O2 b.Cl2 C.O2 d.NiOOH
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解答题-原理综合题
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【推荐1】二甲醚(CH3OCH3)是无色气体,是柴油的理想替代燃料。清华大学王志良等研究了,由合成气(组成为H2、CO和少量的CO2)一步法制备二甲醚的问题,其中的主要过程包括以下三个反应:
(i)CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H1=-90.1 kJ/mol
(ii)CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) △H2=-41.1 kJ/mol
(iii)2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) △H3=-24.5 kJ/mol
(1)由H2和CO制备二甲醚(另一产物为CO2)的热化学方程式为________ 。
(2)合成气初始组成为n(H2):n(CO):n(CO2)=0.67:0.32:0.01的反应体系。在250℃和5.0 MPa条件下,在1 L密闭容器中经10 min达到化学平衡时,各组分的物质的量如下表:
则反应(iii)在该条件下的平衡常数是_______ ;在反应进行的10 min内,用CH3OH表示的反应(i)的平均速率是_______ 。
(3)课题组探究了外界条件,对合成气单独合成甲醇反应体系和直接合成二甲醚反应体系的影响。
①图1和图2显示了温度250 ℃和5.0 MPa条件下,合成气组成不同时,反应达到平衡时的情况。(图中M代表甲醇、D代表二甲醚、D+M代表甲醇和二甲醚。下同)
由图可知,随着合成气中H2所占比例的提高,合成甲醇的反应体系中,CO转化率的变化趋势是______ 。对于由合成气直接合成二甲醚的反应体系,为了提高原料转化率和产品产率,的值应控制在_____ 附近。
②在压强为5.0MPa、=2.0及的条件下,反应温度对平衡转化率和产率的影响如图3和图4所示。
课题组认为图3所示的各反应物的转化率变化趋势符合反应特点,其理由是______ 。图中显示合成气直接合成二甲醚体系中,CO的转化率明显高于H2的转化率,原因是_______ 。图4显示随着温度增大,合成气单独合成甲醇时的产率,要比合成气直接合成二甲醚时的产率减小的快,原因是_______ 。
(i)CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H1=-90.1 kJ/mol
(ii)CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) △H2=-41.1 kJ/mol
(iii)2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) △H3=-24.5 kJ/mol
(1)由H2和CO制备二甲醚(另一产物为CO2)的热化学方程式为
(2)合成气初始组成为n(H2):n(CO):n(CO2)=0.67:0.32:0.01的反应体系。在250℃和5.0 MPa条件下,在1 L密闭容器中经10 min达到化学平衡时,各组分的物质的量如下表:
成分 | H2 | CO | H2O | CH3OH | CH3OCH3 |
物质的量(mol) | 0.26 | 0.01 | 0.04 | 0.02 | 0.11 |
(3)课题组探究了外界条件,对合成气单独合成甲醇反应体系和直接合成二甲醚反应体系的影响。
①图1和图2显示了温度250 ℃和5.0 MPa条件下,合成气组成不同时,反应达到平衡时的情况。(图中M代表甲醇、D代表二甲醚、D+M代表甲醇和二甲醚。下同)
由图可知,随着合成气中H2所占比例的提高,合成甲醇的反应体系中,CO转化率的变化趋势是
②在压强为5.0MPa、=2.0及的条件下,反应温度对平衡转化率和产率的影响如图3和图4所示。
课题组认为图3所示的各反应物的转化率变化趋势符合反应特点,其理由是
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【推荐2】异丁烷(用i-C4H10表示)与CO2耦合脱氢制备异丁烯(用i-C4H8表示),涉及的主要反应有:
反应1 i-C4H10(g)i-C4H8(g) +H2(g) ΔH1
反应2 CO2(g) +H2(g)CO(g) + H2O(g) ΔH2
反应3 i- C4H10(g)+ CO2(g)i-C4H8(g)+CO(g)+ H2O(g) ΔH3
反应4 i-C4H10(g)+9CO2(g)5H2O(g)+13CO(g) ΔH4 ( 副反应)
回答下列问题:
(1) 已知i-C4H10(g)、i-C4H8(g)、 H2(g)的燃烧热分别为ΔHa、ΔHb、ΔHc, 则 ΔH1=____________ (用ΔHa、ΔHb、ΔHc表示),ΔH3 =___________ (用ΔH1、ΔH2表示)。
(2)一定条件下,若向体积为V L的恒容密闭容器中通入2mol i-C4H10和2 mol CO2,发生上述反应1 ~反应4,t min后测得i- C4H10的物质的量为0.6 mol,则反应体系中0~t min 内异丁烷的平均反应速率v(i – C4H10)=___________ 。
(3)投料比n(CO2) :n(i-C4H10)=1 : 1时,经过化学热力学模拟计算,反应1、反应3、反应4的i- C4H10平衡转化率分别与反应温度的关系如图所示。
①判断ΔH3___________ 0 (填“>”“<”或“=”);温度越高,越有利于发生___ (填“反应1”“反应3”或“反应4”)。
②反应4(副反应)中,温度高于450 ℃时,i- C4H10的平衡转化率较小且增加幅度放缓,说明温度升高,该副反应也不会过度进行,试分析其原因_______ ;该副反应中i-C4H10平衡转化率的极限最大值为_________ 。
③综合考虑各种因素,提高异丁烯(i- C4H8)平衡产率适宜采取下列措施中的____ (填标号)。
a 适当升高温度 b 适当减小压强
c 尽量增大n(CO2) :n(i-C4H10) d 用更高效的催化剂
反应1 i-C4H10(g)i-C4H8(g) +H2(g) ΔH1
反应2 CO2(g) +H2(g)CO(g) + H2O(g) ΔH2
反应3 i- C4H10(g)+ CO2(g)i-C4H8(g)+CO(g)+ H2O(g) ΔH3
反应4 i-C4H10(g)+9CO2(g)5H2O(g)+13CO(g) ΔH4 ( 副反应)
回答下列问题:
(1) 已知i-C4H10(g)、i-C4H8(g)、 H2(g)的燃烧热分别为ΔHa、ΔHb、ΔHc, 则 ΔH1=
(2)一定条件下,若向体积为V L的恒容密闭容器中通入2mol i-C4H10和2 mol CO2,发生上述反应1 ~反应4,t min后测得i- C4H10的物质的量为0.6 mol,则反应体系中0~t min 内异丁烷的平均反应速率v(i – C4H10)=
(3)投料比n(CO2) :n(i-C4H10)=1 : 1时,经过化学热力学模拟计算,反应1、反应3、反应4的i- C4H10平衡转化率分别与反应温度的关系如图所示。
①判断ΔH3
②反应4(副反应)中,温度高于450 ℃时,i- C4H10的平衡转化率较小且增加幅度放缓,说明温度升高,该副反应也不会过度进行,试分析其原因
③综合考虑各种因素,提高异丁烯(i- C4H8)平衡产率适宜采取下列措施中的
a 适当升高温度 b 适当减小压强
c 尽量增大n(CO2) :n(i-C4H10) d 用更高效的催化剂
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解答题-工业流程题
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解题方法
【推荐3】是一种微溶于水、难溶于乙醇、易被氧化的白色粉末,以黄铜矿(主要成分为)为原料制取的流程如图所示:
(1)“浸取”后所得溶液可通入氯气来生产印刷电路板腐蚀液,若消耗标况下氯气,则转移电子数为___________ ,检验所用试剂为___________ (填写名称)。
(2)实验室制取氯气的化学方程式为___________ 。
(3)加入浓盐酸的目的是___________ ,发生的离子方程式为___________ 。
(4)若用蒸馏水洗涤,检验沉淀是否洗涤干净的操作是___________ ,最好采用___________ “洗涤”。
(5)过滤用到的玻璃仪器是___________ ,真空干燥的目的是___________ 。
(1)“浸取”后所得溶液可通入氯气来生产印刷电路板腐蚀液,若消耗标况下氯气,则转移电子数为
(2)实验室制取氯气的化学方程式为
(3)加入浓盐酸的目的是
(4)若用蒸馏水洗涤,检验沉淀是否洗涤干净的操作是
(5)过滤用到的玻璃仪器是
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解答题-原理综合题
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【推荐1】由与制备甲醇是当今研究的热点之一,也是我国科学家2021年发布的由人工合成淀粉(节选途径见图)中的重要反应之一已知:
反应②:
反应③:
(1)反应①:的_______ 。
(2)2的转化率与温度的关系如图所示。①a点:正反应速率_______ 逆反应速率(填“>或<或=”)。
②下列叙述能说明上述反应能达到化学平衡状态的是_______ 。(填字母)。
a.3v(CO2)=v(H2) b.的体积分数不再改变
c.消耗1mol CO2的同时消耗3mol H2 d.混合气体的平均相对分子质量不再改变
③250℃后2的平衡转化率降低的原因_______
(3)往一容积为的密闭容器内,充入0.2mol CO2与发生反应,反应达到c点时,从上图像可知在平衡时2的转化率是_______ ,则c点时的体积分数是_______ ;平衡后再加入2后重新到达平衡,则H2的转化率_______ (填“增大”或“不变”或“减小”)。
反应②:
反应③:
(1)反应①:的
(2)2的转化率与温度的关系如图所示。①a点:正反应速率
②下列叙述能说明上述反应能达到化学平衡状态的是
a.3v(CO2)=v(H2) b.的体积分数不再改变
c.消耗1mol CO2的同时消耗3mol H2 d.混合气体的平均相对分子质量不再改变
③250℃后2的平衡转化率降低的原因
(3)往一容积为的密闭容器内,充入0.2mol CO2与发生反应,反应达到c点时,从上图像可知在平衡时2的转化率是
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【推荐2】Ⅰ.CO、的应用和治理是当今社会的热点问题。CO工业上可用于高炉炼铁,发生如下反应:,已知该反应在不同温度下的平衡常数如下表:
(1)该反应的正反应为_______ 反应(填“放热”或“吸热”),欲提高CO的平衡转化率,促进的转化,可采取的措施是_______ (选填序号)。
a.及时吸收或移出 b.增大反应体系的压强
c.用更高效的催化剂 d.粉碎矿石,增大接触面积
(2)一定条件下,在容积一定的容器中,铁和发生反应: ,该反应的平衡常数表达式_______ 。下列措施中能使平衡时增大的是_______ (选填编号)。
a.升高温度 b.增大压强 c.充入和定量CO d.再加入一些铁粉
Ⅱ.合成尿素的反应为: 。一定条件下,在的恒容密闭容器中,充入和,反应经后达到平衡,测得容器中的浓度为。完成下列填空:
(3)内,平均反应速率=_______ ,_______ 。
(4)下列描述中能说明上述反应已达平衡的是_______ (填序号)。
a. b.气体的平均相对分子质量不随时间而变化
c.和的比例保持不变 d.气体的压强不再发生变化
温度/℃ | 1000 | 1150 | 1300 |
平衡常数 | 4.0 | 3.7 | 3.5 |
a.及时吸收或移出 b.增大反应体系的压强
c.用更高效的催化剂 d.粉碎矿石,增大接触面积
(2)一定条件下,在容积一定的容器中,铁和发生反应: ,该反应的平衡常数表达式
a.升高温度 b.增大压强 c.充入和定量CO d.再加入一些铁粉
Ⅱ.合成尿素的反应为: 。一定条件下,在的恒容密闭容器中,充入和,反应经后达到平衡,测得容器中的浓度为。完成下列填空:
(3)内,平均反应速率=
(4)下列描述中能说明上述反应已达平衡的是
a. b.气体的平均相对分子质量不随时间而变化
c.和的比例保持不变 d.气体的压强不再发生变化
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【推荐3】能源与材料、信息被称为现代社会发展的三大支柱,化学与能源有着密切联系。
(1)下表中的数据表示破坏1 mol化学键需消耗的能量(即键能,单位为kJ·mol-1)。
根据以上信息可知,1 mol氢气在足量的氯气中燃烧生成氯化氢气体放出热量_____ kJ。
(2)以氢气、空气、KOH溶液为原料,石墨为电极,可构成氢氧燃料电池。该电池的总反应方程式为:2H2+O2=2H2O,则其负极反应式为:___________ 。
(3)工业上有一种方法是用CO2来生产燃料甲醇(化学式:CH3OH,常温下为无色液体),可以将CO2变废为宝。在体积为1 L的密闭容器中,充入1 mol CO2和3 mol H2,一定条件下发生反应:CO2(g)+3H2(g)⇌ CH3OH(g)+H2O(g),测得CO2(g)和CH3OH(g)的浓度随时间变化如图所示:
①从开始到平衡,CH3OH的平均反应速率v(CH3OH)=_______ ;H2的转化率a(H2)=_______ 。
②若反应CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g),在四种不同情况下的反应速率分别为:
a.v(CO2)=0.15 mol·L-1·min-1 b.v(H2)=0.01 mol·L-1·s-1
c.v(CH3OH)=0.2 mol·L-1·min-1 d.v(H2O)=0.45 mol·L-1·min-1
该反应进行由快到慢的顺序为____________ (填字母)。
③以下结论可以作为CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g)已达平衡的标志的是__________ 。
a.v(H2)正=v(CH3OH)逆
b.c(CO2):c(H2):c(CH3OH):c(H2O)=1:3:1:1
c.容器内压强不再变化
d.单位时间内,每生成1 mol CH3OH,同时消耗3 mol H2
(1)下表中的数据表示破坏1 mol化学键需消耗的能量(即键能,单位为kJ·mol-1)。
化学键 | H-H | Cl-Cl | H-Cl |
键能 | 436 | 243 | 431 |
根据以上信息可知,1 mol氢气在足量的氯气中燃烧生成氯化氢气体放出热量
(2)以氢气、空气、KOH溶液为原料,石墨为电极,可构成氢氧燃料电池。该电池的总反应方程式为:2H2+O2=2H2O,则其负极反应式为:
(3)工业上有一种方法是用CO2来生产燃料甲醇(化学式:CH3OH,常温下为无色液体),可以将CO2变废为宝。在体积为1 L的密闭容器中,充入1 mol CO2和3 mol H2,一定条件下发生反应:CO2(g)+3H2(g)⇌ CH3OH(g)+H2O(g),测得CO2(g)和CH3OH(g)的浓度随时间变化如图所示:
①从开始到平衡,CH3OH的平均反应速率v(CH3OH)=
②若反应CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g),在四种不同情况下的反应速率分别为:
a.v(CO2)=0.15 mol·L-1·min-1 b.v(H2)=0.01 mol·L-1·s-1
c.v(CH3OH)=0.2 mol·L-1·min-1 d.v(H2O)=0.45 mol·L-1·min-1
该反应进行由快到慢的顺序为
③以下结论可以作为CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g)已达平衡的标志的是
a.v(H2)正=v(CH3OH)逆
b.c(CO2):c(H2):c(CH3OH):c(H2O)=1:3:1:1
c.容器内压强不再变化
d.单位时间内,每生成1 mol CH3OH,同时消耗3 mol H2
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