Question

13．過度排放CO₂會(huì)造成“溫室效應(yīng)”，為了減少煤燃燒對(duì)環(huán)境造成的污染，煤的氣化是高效、清潔利用煤炭的重要途徑．煤綜合利用的一種途徑如圖1所示．

（1）已知 ①C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H₁=+131.3kJ•mol^-1
②C（s）+2H₂O（g）=CO₂（g）+2H₂（g）△H₂=+90kJ•mol^-1
則一氧化碳與水蒸氣反應(yīng)生成二氧化碳和氫氣的熱化學(xué)方程式是CO（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.3kJ•mol^-1．
（2）在壓強(qiáng)為0.1MPa條件下，容積為V L的密閉容器中a mol CO與2a mol H₂在催化劑作用下反應(yīng)生成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），CO的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系如圖2所示，則：
①p₁＜p₂（填“＞”、“＜”或“=”）．
②在其他條件不變的情況下，向容器中再增加a mol CO與2a mol H₂，達(dá)到新平衡時(shí)，CO的平衡轉(zhuǎn)化率增大（填“增大”、“減小”或“不變”）．
③在p₁下，100℃時(shí)，CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）反應(yīng)的平衡常數(shù)為$\frac{{V}^{2}}{{a}^{2}}$（用含a、V的代數(shù)式表示）．
（3）如圖3表示CO₂與H₂反應(yīng)生成CH₃OH和H₂O的過程中能量（單位為kJ•mol^-1）的變化：關(guān)于該反應(yīng)的下列說法中，正確的是C（填編號(hào)）．

A．△H＞0，△S＞0              B．△H＞0，△S＜0
C．△H＜0，△S＜0              D．△H＜0，△S＞0
（4）為探究反應(yīng)原理，現(xiàn)進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)，在體積為1L的密閉容器中，充入1mol CO₂和3mol H₂，一定條件下發(fā)生反應(yīng)：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），測(cè)得CO₂（g）和CH₃OH（g）的濃度隨時(shí)間變化的曲線如圖4所示：
①?gòu)姆磻?yīng)開始到平衡，CO₂的平均反應(yīng)速率v（CO₂）=0.075mol/L•min．
②下列措施中能使化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)的是BD（填編號(hào)）．
A．升高溫度             B．將CH₃OH（g）及時(shí)液化移出
C．選擇高效催化劑       D．再充入1mol CO₂和3mol H₂．

Answer 1

分析 （1）C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H₁=+131.3kJ•mol^-1  ①C（s）+2H₂O（g）=CO₂（g）+2H₂（g）△H₂=+90kJ•mol^-1  ②由蓋斯定律②-①求得，熱化學(xué)方程式；
（2）①根據(jù)定一議二原則，定溫度同，再比較壓強(qiáng)；
②在溫度和容積不變的情況下，再向平衡體系中充入a mol CO（g）、2a mol H₂（g），等效為在原平衡的基礎(chǔ)上增大一倍壓強(qiáng)，平衡向正反應(yīng)移動(dòng)；化學(xué)平衡常數(shù)只受溫度影響，與濃度無關(guān)，溫度不變，平衡常數(shù)不變；
③化學(xué)平衡常數(shù)K=$\frac{生成物平衡濃度冪次方乘積}{反應(yīng)物平衡濃度冪次方乘積}$；
（3）依據(jù)反應(yīng)和圖象分析判斷：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），氣體的物質(zhì)的量減少，反應(yīng)是熵減少的反應(yīng)△S＜0；反應(yīng)物能量高于生成物的能量，判斷反應(yīng)是放熱反應(yīng)，△H＜0；
（4）二氧化碳是反應(yīng)物隨反應(yīng)進(jìn)行濃度減小，甲醇是生成物，隨反應(yīng)進(jìn)行濃度增大；10nim內(nèi)達(dá)到平衡，生成甲醇濃度為0.75mol/L，二氧化碳濃度變化了0.75mol/L；
①根據(jù)c=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算v（CO₂）；
②依據(jù)化學(xué)反應(yīng)的影響因素和條件逐項(xiàng)分析判斷：
A、反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升溫平衡逆向進(jìn)行；
B、將CH₃OH（g）及時(shí)液化抽出，減小生成物的量平衡正向進(jìn)行；
C、選擇高效催化劑只能改變速率，不改變化學(xué)平衡；
D、再充入l molCO₂和3molH₂，增大壓強(qiáng)平衡正向進(jìn)行．

解答 解：（1）C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H₁=+131.3kJ•mol^-1     ①
     C（s）+2H₂O（g）=CO₂（g）+2H₂（g）△H₂=+90kJ•mol^-1     ②
由蓋斯定律②-①得：
      CO（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.3kJ•mol^-1
故答案為：CO（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.3kJ•mol^-1；
（2）①溫度相同時(shí)，作垂直x軸的輔助線，發(fā)現(xiàn)壓強(qiáng)為P₂的CO的轉(zhuǎn)化率高，該反應(yīng)正反應(yīng)為體積減小的反應(yīng)，壓強(qiáng)增大平衡向體積減小的方向移動(dòng)，即向正反應(yīng)應(yīng)移動(dòng)，CO的轉(zhuǎn)化率增大，所以P₁＜P₂，故答案為：＜；
②在溫度和容積不變的情況下，再向平衡體系中充入a mol CO（g）、2a mol H₂（g），等效為在原平衡的基礎(chǔ)上增大一倍壓強(qiáng)，平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，CO的轉(zhuǎn)化率增大；
故答案為：增大；
③在壓強(qiáng)為0.1MPa條件下，容積為V L的密閉容器中a mol CO與2a mol H₂在催化劑作用下反應(yīng)生成甲醇．即
         CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）
初始濃度：$\frac{a}{V}$     $\frac{2a}{V}$         0
變化濃度：$\frac{a}{2V}$     $\frac{a}{V}$       $\frac{a}{2V}$
平衡濃度：$\frac{a}{2V}$     $\frac{a}{V}$       $\frac{a}{2V}$           
則K=$\frac{\frac{a}{2V}}{\frac{a}{2V}×（\frac{a}{V}）^{2}}$=$\frac{{V}^{2}}{{a}^{2}}$；
故答案為：K=$\frac{{V}^{2}}{{a}^{2}}$；
（3）依據(jù)反應(yīng)和圖象分析判斷：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），氣體的物質(zhì)的量減少，反應(yīng)是熵減少的反應(yīng)△S＜0；反應(yīng)物能量高于生成物的能量，判斷反應(yīng)是放熱反應(yīng)，△H＜0，
故答案為：C；
（4）二氧化碳是反應(yīng)物隨反應(yīng)進(jìn)行濃度減小，甲醇是生成物，隨反應(yīng)進(jìn)行濃度增大；10nim內(nèi)達(dá)到平衡，生成甲醇濃度為0.75mol/L，二氧化碳濃度變化了0.75mol/L，則：
①二氧化碳的反應(yīng)速率V（CO₂）=$\frac{0.75mol/L}{10min}$=0.075mol/L•min；
故答案為：0.075 mol•L^-1•min^-1    
②措施中能使化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)的是：
A、反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升溫平衡逆向進(jìn)行；故A錯(cuò)誤；
B、將CH₃OH（g）及時(shí)液化抽出，減小生成物的量，平衡正向進(jìn)行，故B正確；
C、選擇高效催化劑只能改變速率，不改變化學(xué)平衡，故C錯(cuò)誤；
D、再充入l molCO₂和4molH₂，增大壓強(qiáng)平衡正向進(jìn)行，故D正確；
故選：BD．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了反應(yīng)的焓變判斷，熱化學(xué)方程式的書寫，化學(xué)平衡的影響因素，化學(xué)平衡的計(jì)算、化學(xué)平衡常數(shù)等，圖象分析是關(guān)鍵，難度中等．