Question

以煤為原料，經(jīng)化學(xué)加工使煤轉(zhuǎn)化為氣體、液體、固體燃料以及各種化工產(chǎn)品的工業(yè)叫煤化工．
（1）將水蒸氣通過(guò)紅熱的碳即可產(chǎn)生水煤氣．反應(yīng)為：C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）△H=+131.3kJ?mo1^-1
①該反應(yīng)在高溫下______自發(fā)進(jìn)行（填“能”或“不能”）
②恒溫下，在容積不變的密閉容器中，進(jìn)行如上可逆反應(yīng)．一段時(shí)間后，下列物理量不發(fā)生變化時(shí)，能表明該反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)的是：______．
Ⅰ混合氣體的密度；Ⅱ容器內(nèi)氣體的壓強(qiáng)；Ⅲ混合氣體的總物質(zhì)的量，ⅣCO物質(zhì)的量濃度
A．只有Ⅳ．
B只有Ⅰ和Ⅳ
C．只有Ⅱ和Ⅲ
D．只有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ
（2）水煤氣再進(jìn)一步反應(yīng)可制取氫氣．反應(yīng)為H₂O（g）+CO（g）?H₂（g）+CO₂（g），某溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=4/9．該溫度下在甲、乙、丙三個(gè)恒溫密閉容器中，只投入H₂（g）和CO₂（g），其起始濃度下表所示．下列判斷不正確的是______

起始濃度	甲	乙	丙
c（H2）/mo1/L	0.010	0.020	0.020
c（CO2）/moI/L	0.010	0.010	0.020

A．反應(yīng)開(kāi)始時(shí)，丙中的反應(yīng)速率最快，甲中的反應(yīng)最慢
B．平衡時(shí)甲中和丙中的H₂的轉(zhuǎn)化率均是60%
C．平衡時(shí)，丙中的c（CO₂）是甲中的2倍，是0.102mol/L
D．平衡時(shí)，乙中的CO₂的轉(zhuǎn)化率大于60%
（3）目前工業(yè)上有一種方法是用CO₂來(lái)制取甲醇．一定條件下發(fā)生反應(yīng)：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），下圖表示該反應(yīng)進(jìn)行過(guò)程中能量的變化．在體積為1L的恒容密閉容器中，沖入1mo1CO₂和3mo1H₂反
①下列措施中能使平衡混合物中c（CH₃OH））增大的是______
A．升高溫度
B．沖入He（g）使體系壓強(qiáng)增大
C．將H₂O（g）從體系中分離出來(lái)
D．再?zèng)_入1mo1CO₂和3mo1H₂
②在溫度T₁時(shí)，當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，測(cè)得n（H₂）=2.4mo1；其他條件不變，在溫度T₂時(shí)，當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，測(cè)得n（CO₂）=0.82mol，則得T₁______T₂（填“＞”、“＜”或“=”）
（4）在一定條件下科學(xué)家從煙道氣中分離出CO₂與太陽(yáng)能電池電解水產(chǎn)生的H₂合成甲醇（常溫下為液體）．CH₃OH、H₂的燃燒熱分別為：△H=-725.5kJ/mo1、△H=-285.5kJmo1
①寫出工業(yè)上以CO₂、H₂合成CH₃OH和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式：______
②該轉(zhuǎn)化的積極意義是______
有人提出，可以設(shè)計(jì)反應(yīng)CO₂=C+O₂（△H＞0、△S＜0）來(lái)消除CO₂對(duì)環(huán)境的影響．請(qǐng)你判斷是否可行并說(shuō)出理由：______．

Answer 1

【答案】分析：（1）①該反應(yīng)為熵增大，焓增大的反應(yīng)，由△G=△H-T△S判斷；
②根據(jù)達(dá)到平衡時(shí)的特征“等”、“定”結(jié)合反應(yīng)方程式的特征判斷是否達(dá)到平衡狀態(tài)；
（2）反應(yīng)H₂O（g）+CO（g）?H（g）+CO₂（g）中，反應(yīng)物和生成物的體積相等，壓強(qiáng)對(duì)平衡移動(dòng)無(wú)影響，從等效平衡的角度結(jié)合濃度對(duì)平衡的影響分析；
（3）①使平衡混合物中c（CH₃OH））增大，應(yīng)使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)；
②反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)；
（4）①利用蓋斯定律計(jì)算反應(yīng)熱，并書(shū)寫熱化學(xué)方程式；
②根據(jù)△G=△H-T△S判斷反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行．
解答：解：（1）該反應(yīng)為熵增大，焓增大的反應(yīng)，由△G=△H-T△S，△G＜0反應(yīng)可自發(fā)進(jìn)行，可知該反應(yīng)在高溫時(shí)可以自發(fā)進(jìn)行，常溫下難以自發(fā)進(jìn)行，故答案為：①能；
②Ⅰ由于有固體參加反應(yīng)，當(dāng)混合氣體的密度不變時(shí)，氣體的質(zhì)量不變，說(shuō)明達(dá)到平衡狀態(tài)；
Ⅱ反應(yīng)前后氣體的體積不等，當(dāng)容器內(nèi)氣體的壓強(qiáng)不變時(shí)說(shuō)明達(dá)到平衡狀態(tài)；
Ⅲ反應(yīng)前后氣體的體積不等，混合氣體的總物質(zhì)的量不變，說(shuō)明達(dá)到平衡狀態(tài)；
ⅣCO物質(zhì)的量濃度不變，說(shuō)明達(dá)到平衡狀態(tài)，則Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ都可說(shuō)明達(dá)到平衡狀態(tài)，
故答案為：D；
（2）A．丙中濃度最大，甲中濃度最小，濃度越大，反應(yīng)速率越大，則反應(yīng)開(kāi)始時(shí)，丙中的反應(yīng)速率最快，甲中的反應(yīng)最慢，故A正確；
B．  以甲計(jì)算：
       H₂O（g）+CO（g）?H₂（g）+CO₂（g）
起始：0       0        0.010   0.010
轉(zhuǎn)化：x       x        x       x
平衡：x       x       0.01-x   0.01-x
則=，
x=0.006，則平衡時(shí)甲中的H₂的轉(zhuǎn)化率均是=60%，由于甲和丙的氣體的比值相同，為等效平衡狀態(tài)，則丙中H₂的轉(zhuǎn)化率也為60%，故B正確；
C．由B計(jì)算可知，平衡時(shí)，丙中的c（CO₂）是甲中的2倍，應(yīng)為2×（0.01-0.006）mol/L=0.008mol/L，故C錯(cuò)誤；
D．乙與甲相比較，相當(dāng)于在甲的基礎(chǔ)上通入H₂，則平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，平衡時(shí)，乙中的CO₂的轉(zhuǎn)化率大于60%，故D正確．
故答案為：C；
（3）①反應(yīng)物總能量大于生成物總能量，該反應(yīng)的正反應(yīng)放熱，則
A．升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，平衡混合物中c（CH₃OH）減小，故A錯(cuò)誤；
B．沖入He（g）使體系壓強(qiáng)增大，但反應(yīng)物的濃度不變，平衡不移動(dòng)，故B錯(cuò)誤；
C．將H₂O（g）從體系中分離出來(lái)，生成物濃度減小，則平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，平衡混合物中c（CH₃OH））增大，故C正確；
D．再?zèng)_入1mo1CO₂和3mo1H₂，相當(dāng)于在原來(lái)基礎(chǔ)上增大壓強(qiáng)，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，平衡混合物中c（CH₃OH））增大，故D正確．
故答案為：CD；
②在溫度T₁時(shí)，當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，測(cè)得n（H₂）=2.4mo1，則平衡時(shí)n（CO₂）=1mol-×（3mol-2.4mol）=0.8mol；其他條件不變，在溫度T₂時(shí)，當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，測(cè)得n（CO₂）=0.82mol，說(shuō)明平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，反應(yīng)為放熱反應(yīng)，降低溫度平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，故答案為：＞；
（4）①甲醇和氫氣的燃燒熱書(shū)寫其熱化學(xué)方程式分別為：
①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（l），△H₁=-1451kJ/mol；
②2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l），△H₂=-571.6KJ/mol，
根據(jù)蓋斯定律，反應(yīng)CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（l）+H₂O（l）
可以看成是方程式×②-①×，所以△H=×（-571.6KJ/mol）-（-1451kJ/mol）×=-131.9KJ/mol，
故答案為：CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（l）+H₂O（l），△H=-131.9KJ/mol；
②該反應(yīng)消耗二氧化碳，可降低溫室效應(yīng)，生成甲醇，可彌補(bǔ)資源短缺，故答案為：可降低溫室效應(yīng)和彌補(bǔ)資源短缺；
③該反應(yīng)是一個(gè)焓增、熵減的反應(yīng)，則△G=△H-T△S＞0，不能自發(fā)進(jìn)行，
故答案為：不可行，該反應(yīng)是一個(gè)焓增、熵減的反應(yīng)，所以不能自發(fā)進(jìn)行．
點(diǎn)評(píng)：本題考查化學(xué)平衡以及反應(yīng)熱的計(jì)算，題目難度較大，本題注意利用三段式法計(jì)算，易錯(cuò)點(diǎn)為（2），注意對(duì)等效平衡的理解和運(yùn)用．