Question

17．研究表明豐富的CO₂完全可以作為新能源，解決當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的碳源（石油和天然氣）到本世紀(jì)中葉將枯竭的危機(jī)，同時(shí)又可緩解由CO₂累積所產(chǎn)生的溫室效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)CO₂的良性循環(huán)．
（1）目前工業(yè)上有一種方法是用CO₂和H₂在230℃催化劑條件下生成甲醇蒸氣和水蒸氣．圖表示恒壓容器中0.5molCO₂和1.5molH₂轉(zhuǎn)化率達(dá)80%時(shí)的能量變化示意圖．
①能判斷該反應(yīng)向正反應(yīng)方向進(jìn)行的是：B
A．v_正（H₂）=3v_逆（CH₃OH）
B．容器中混合氣體的密度變大
C．容器中壓強(qiáng)不變
D.2個(gè)C=O斷裂的同時(shí)有6個(gè)H-H形成
②上述反應(yīng)其他條件保持不變，在恒容條件下進(jìn)行，平衡時(shí)H₂的轉(zhuǎn)化率將變小（填“變大”“變小”或“不變”）
③寫出上述反應(yīng)的熱化學(xué)方程式：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49kJ•mol^-1
（2）將不同量的CO（g）和H₂O（g）分別通入到體積為2L的恒容密閉容器中，進(jìn)行反應(yīng)CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g），得到如下三組數(shù)據(jù)：

實(shí)驗(yàn)組	溫度℃	起始量mol		平衡量mol		達(dá)平衡所需時(shí)間min
		CO	H2O	H2	CO
1	650	4	2	1.6	2.4	6
2	900	2	1	0.4	1.6	3
3	900	a	b	c	d	t

①該反應(yīng)的△H＜ 0（填“＜”“＞”或“=”）
②實(shí)驗(yàn)3中，若平衡時(shí)，CO的轉(zhuǎn)化率大于水蒸氣，則a/b的值：$\frac{1}{6}$（填具體值或取值范圍）
③實(shí)驗(yàn)4，若900℃時(shí)，在此容器中加入CO、H₂O、CO₂、H₂均為2mol，則此時(shí)v_正＜v_逆（填“＜”“＞”或“=”）
（3）甲醇在一定條件下能轉(zhuǎn)化為甲醛，碘量滴定法是測(cè)定甲醛的化學(xué)方法之一，其原理是在堿性介質(zhì)（NaOH）中，碘轉(zhuǎn)化為次碘酸鈉和碘化鈉，后將溶液中游離的甲醛氧化為甲酸鈉，經(jīng)適當(dāng)酸化后，剩余的次碘酸鈉和碘化鈉又生成碘，上述過程中甲醛參與的化學(xué)反應(yīng)的離子方程式為：HCHO+IO^-+OH^-=HCOO^-+I^-+H₂O．

Answer 1

分析 （1）由反應(yīng)方程式：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O可知；
①A．v_正（H₂）=3v_正（CH₃OH）=3v_逆（CH₃OH），達(dá)平衡狀態(tài)；
B．容器中混合氣體的密度變大，說明平均摩爾質(zhì)量變大，平衡正向移動(dòng)；
C．容器中壓強(qiáng)不變，說明各物質(zhì)的量不變，反應(yīng)達(dá)平衡狀態(tài)；
D.2個(gè)C=O斷裂的同時(shí)有6個(gè)H-H生成，說明正逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)；
②上述反應(yīng)其他條件保持不變，在恒容條件下進(jìn)行，相當(dāng)在恒壓的基礎(chǔ)上減小壓強(qiáng)，平衡逆向移動(dòng)，H₂的轉(zhuǎn)化率將變��；
③根據(jù)圖1可知0.5mol CO₂和1.5mol H₂轉(zhuǎn)化率達(dá)80%時(shí)放熱23-3.4=19.6KJ，然后按比例計(jì)算：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）的△H得出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式；
（2）①650℃時(shí)，CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），
   開始（mol）：4       2        0        0
   轉(zhuǎn)化（mol）：1.6     1.6      1.6     1.6  
   平衡（mol）：2.4     0.4      1.6     1.6
所以K=$\frac{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$=$\frac{0.8×0.8}{1.2×0.2}$=2.67；
900℃時(shí)，CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），
開始（mol）：2       1        0       0
轉(zhuǎn)化（mol）：0.4     0.4      0.4     0.4
平衡（mol）：1.6     0.6      0.4     0.4
由于反應(yīng)前后氣體的體積不變，用物質(zhì)的量代替濃度計(jì)算平衡常數(shù)，故平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$=$\frac{0.4×0.4}{1.6×0.6}$=$\frac{1}{6}$，平衡常數(shù)減小，說明正反應(yīng)是放熱反應(yīng)；
②根據(jù)方程式可知，參加反應(yīng)CO、水的物質(zhì)的量相等，結(jié)合CO的轉(zhuǎn)化率大于水蒸氣的轉(zhuǎn)化率判斷；
③利用三段式計(jì)算平衡時(shí)各組分物質(zhì)的量，由于反應(yīng)前后氣體的體積不變，用物質(zhì)的量代替濃度代入平衡常數(shù)表達(dá)式K=$\frac{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$計(jì)算，由于反應(yīng)前后氣體的體積不變，用物質(zhì)的量代替濃度計(jì)算產(chǎn)生的濃度商Qc，與平衡常數(shù)相比，判斷反應(yīng)進(jìn)行方向，進(jìn)而判斷v（正）、v（逆）的相對(duì)大小；
（3）甲醛被氧化成甲酸，而碘酸根被還原成碘離子，所以離子方程式為：HCHO+IO^-+OH^-=HCOO^-+I^-+H₂O．

解答 解：（1）由反應(yīng)方程式：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O可知；
①A．v_正（H₂）=3v_正（CH₃OH）=3v_逆（CH₃OH），達(dá)平衡狀態(tài)，故不符合；
B．容器中混合氣體的密度變大，說明平均摩爾質(zhì)量變大，平衡正向移動(dòng)，故符合；
C．容器中壓強(qiáng)不變，說明各物質(zhì)的量不變，反應(yīng)達(dá)平衡狀態(tài)，故不符合；
D.2個(gè)C=O斷裂的同時(shí)有6個(gè)H-H生成，說明正逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故不符合；
故選B．
②上述反應(yīng)其他條件保持不變，在恒容條件下進(jìn)行，相當(dāng)在恒壓的基礎(chǔ)上減小壓強(qiáng)，平衡逆向移動(dòng)，H₂的轉(zhuǎn)化率將變小，故答案為：變小；
③根據(jù)圖1可知0.5mol CO₂和1.5mol H₂轉(zhuǎn)化率達(dá)80%時(shí)放熱23-3.4=19.6KJ，則該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-$\frac{19.6mol}{80%}$×2=-49kJ•mol^-1，故答案為：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49 kJ•mol^-1；
（2）①650℃時(shí)，CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），
   開始（mol）：4       2        0        0
   轉(zhuǎn)化（mol）：1.6     1.6      1.6     1.6  
   平衡（mol）：2.4     0.4      1.6     1.6
所以K=$\frac{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$=$\frac{0.8×0.8}{1.2×0.2}$=2.67；
900℃時(shí)，CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），
開始（mol）：2       1        0       0
轉(zhuǎn)化（mol）：0.4     0.4      0.4     0.4
平衡（mol）：1.6     0.6      0.4     0.4
由于反應(yīng)前后氣體的體積不變，用物質(zhì)的量代替濃度計(jì)算平衡常數(shù)，故平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$=$\frac{0.4×0.4}{1.6×0.6}$=$\frac{1}{6}$，所以升高溫度平衡常數(shù)減小，所以正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，即△H＜0，故答案為：＜；
②根據(jù)方程式可知，參加反應(yīng)CO、水的物質(zhì)的量相等，令其物質(zhì)的量均為x，CO的轉(zhuǎn)化率大于水蒸氣的轉(zhuǎn)化率，則$\frac{x}{a}$＞$\frac{x}$，且a、b均不為0，整理得0＜$\frac{a}$＜1，
故答案為：0＜$\frac{a}$＜1；
③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），
開始（mol）：2       1        0       0
轉(zhuǎn)化（mol）：0.4     0.4      0.4     0.4
平衡（mol）：1.6     0.6      0.4     0.4
由于反應(yīng)前后氣體的體積不變，用物質(zhì)的量代替濃度計(jì)算平衡常數(shù)，故平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$=$\frac{0.4×0.4}{1.6×0.6}$=$\frac{1}{6}$，
若900℃時(shí)，在此容器中加入CO、H₂O、CO₂、H₂均為2mol時(shí)，濃度均為1mol/L，此時(shí)濃度商Qc=$\frac{1×1}{1×1}$=1＜K=$\frac{1}{6}$，故反應(yīng)向逆反應(yīng)進(jìn)行，則此時(shí)v（正）＜v（逆），
故答案為：＜；
（3）甲醛被氧化成甲酸，而碘酸根被還原成碘離子，所以離子方程式為：HCHO+IO^-+OH^-=HCOO^-+I^-+H₂O，故答案為：HCHO+IO^-+OH^-=HCOO^-+I^-+H₂O．

點(diǎn)評(píng) 本題屬于拼合型題目，涉及化學(xué)平衡進(jìn)行方向的判斷、化學(xué)平衡計(jì)算、平衡常數(shù)計(jì)算及應(yīng)用、熱化學(xué)方程式書寫等，化學(xué)平衡常數(shù)的計(jì)算及應(yīng)用是近幾年高考常考知識(shí)點(diǎn)，是學(xué)生綜合能力的考查，難度中等．