Question

3．環(huán)境問(wèn)題正引起全社會(huì)關(guān)注，CO、CO₂的應(yīng)用對(duì)構(gòu)建生態(tài)文明有重要意義
（Ⅰ）工業(yè)生產(chǎn)中已知3H₂（g）+CO₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O （g）△H=-49.5KJ/mol
H₂（g）+CO₂（g）?CO（g）+H₂O （g）△H=+41.3KJ/mol
（1）寫(xiě)出由H₂ 和CO  制 CH₃OH 的熱化學(xué)方程式CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）△H=-90.8KJ/mol
（2）H₂ 和CO 能自發(fā)反應(yīng)生成CH₃OH的條件是低溫
（3）某溫度下（1）中的平衡常數(shù)為1.2，能使平衡常數(shù)變?yōu)?的下列條件有D
A．增大壓強(qiáng)  B．增大CO的濃度   C．升高溫度   D．降低溫度   E．使用催化劑
（4）在一定溫度下密閉容器中，按H₂與CO₂體積比3：1進(jìn)行投料，3H₂+CO₂?CH₃OH+H₂O 反應(yīng)達(dá)到平衡的標(biāo)志有BC
A．平衡常數(shù)不變                           B．CO₂的轉(zhuǎn)化率不變
C．混和氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不再改變     D．混合氣體的密度不變
（Ⅱ） 將不同物質(zhì)的量的H₂O（g）和 CO分別通入體積為2L的恒容密閉容器中，發(fā)生反應(yīng)：H₂O（g）+CO（g）fCO₂（g）+H₂（g）△H，得到如下數(shù)據(jù)：

實(shí)驗(yàn)	溫度/℃	起始量/mol		平衡量/mol		達(dá)到平衡所需時(shí)間/min
		H2O	CO	CO	H2
I	650	2	4	2.4	1.6	5
II	900	1	2	1.6	0.4	3
III	900	2	1	a	b	t

（1）650℃時(shí)，若在此容器中開(kāi)始充入2molH₂O（g）、lmolCO、1molCO₂和2molH₂，則反應(yīng)在開(kāi)始時(shí)正向進(jìn)行（填“正向”或“逆向”）．
（2）達(dá)平衡時(shí)實(shí)驗(yàn)Ⅱ和實(shí)驗(yàn)Ⅲ中H₂O（g）的轉(zhuǎn)化率的大小關(guān)系為：a₂（HO）＞a₃（H₂O）（填“＞”、“＜”或“=”）．
（Ⅲ） 一定條件下反應(yīng)：6H₂（g）+2CO₂（g）?C₂H₅OH （g）+3H₂O（g）△H它的有關(guān)數(shù)據(jù)如圖1所示．
（1）下列說(shuō)法正確的是C
A．曲線Ⅰ對(duì)應(yīng)的反應(yīng)物起始物質(zhì)的量為1.5      B．達(dá)平衡時(shí)，v（H₂）_正=v（CO₂）_逆
C．a(chǎn)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的H₂的平衡轉(zhuǎn)化率為90%             D．b點(diǎn)對(duì)應(yīng)的平衡常數(shù)K值大于c點(diǎn)

（2）溫度為T(mén)₁時(shí)CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），在體積為2升的密閉 容器中加入0.4molCO₂和0.4mol H₂，第4分鐘達(dá)到平衡，反應(yīng)中H₂O的濃度變化情況如圖所示，在第5分鐘時(shí)向體系中再充入0.2molCO₂和0.2mol H₂，（其它條件不變），第8分鐘達(dá)平衡，請(qǐng)?jiān)趫D2中畫(huà)出5到9分鐘的H₂O的濃度變化曲線．

Answer 1

分析 （Ⅰ）（1）依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算得到所需熱化學(xué)方程式；
（2）反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的判斷依據(jù)是△H-T△S＜0；
（3）平衡常數(shù)隨溫度變化，某溫度下，（1）中反應(yīng)的平衡常數(shù)K=0.25，改變下述條件可使K=2.04，說(shuō)明改變溫度平衡正向進(jìn)行；
（4）從化學(xué)平衡的定義來(lái)看，判斷一個(gè)可逆反應(yīng)是否達(dá)到平衡有兩個(gè)標(biāo)志：一是正逆反應(yīng)速率相等，二是各組分的濃度不再變化；平衡常數(shù)隨溫度變化，依據(jù)平衡常數(shù)概念結(jié)合平衡常數(shù)變化和平衡移動(dòng)原理分析平衡發(fā)生移動(dòng)的方向；根據(jù)外界條件對(duì)反應(yīng)速率的影響分析判斷速率變化，提高物質(zhì)轉(zhuǎn)化率的方法是增加另一種物質(zhì)，分離出生成物，改變溫度、壓強(qiáng)平衡正向進(jìn)行；
（Ⅱ）（1）考查平衡常數(shù)的應(yīng)用，比較Qc與K的關(guān)系，要使反應(yīng)向 正方向進(jìn)行應(yīng)滿足Qc小于K；
（2）反應(yīng)物有兩種或兩種以上，增大一種反應(yīng)物的量可以提高另一種反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率；
（3）根據(jù)外界條件對(duì)反應(yīng)速率的影響分析判斷，降低溫度、減小濃度、減小壓強(qiáng)等都減小反應(yīng)速率；
（Ⅲ）（1）A、根據(jù)轉(zhuǎn)化率無(wú)法判斷起始量；
B、根據(jù)速率之比等于計(jì)量數(shù)之比可知，達(dá)平衡時(shí)，v（H₂）_正=3v（CO₂）_逆；
C、利用三段式計(jì)算，設(shè)起始H₂為2mol，則CO₂為1mol，
           6H₂ +2CO₂?C₂H₅OH+3H₂O
起始（mol） 2     1      0    0
轉(zhuǎn)化（mol）1.8   0.6
平衡（mol）0.2   0.4
H₂的平衡轉(zhuǎn)化率為$\frac{1.8}{2}$×100%=90%；
D、b點(diǎn)溫度高于c點(diǎn)，根據(jù)溫度對(duì)平衡常數(shù)的影響作判斷；
（2）在體積為2L的密閉容積中加入0.4molCO₂和0.4molH₂，第4分鐘達(dá)到平衡，水的濃度為0.1mol/L，在第5分鐘時(shí)，向體系中再充入0.2molCO₂和0.2mol H₂（其他條件不變），平衡逆向移動(dòng)，水的濃度增大，曲線起始時(shí)水的濃度為0.1mol/L，隨反應(yīng)進(jìn)行第8分鐘達(dá)到平衡，此時(shí)水的濃度結(jié)合化學(xué)平衡常數(shù)計(jì)算得到，據(jù)此畫(huà)出曲線的變化．

解答 解：（Ⅰ）（1）①CO₂（g）+3H₂（g）?CH₂OH（g）+H₂O（g）△H=-49.5kJ•mol^-1
②CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）△H=+41.3kJ•mol^-1
蓋斯定律計(jì)算①-②得到由CO和H₂制取甲醇的熱化學(xué)方程式為：CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）△H=-90.8KJ/mol，
故答案為：CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）△H=-90.8KJ/mol；
（2）CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）△H=-90.8KJ/mol，反應(yīng)的焓變△H＜0，△S＜0，滿足△H-T△S＜0的自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)條件為低溫；
故答案為：低溫；
（3）平衡常數(shù)隨溫度變化，某溫度下，（1）中反應(yīng)的平衡常數(shù)K=0.25，改變下述條件可使K=2.04，說(shuō)明改變溫度平衡正向進(jìn)行，鈣反應(yīng)是放熱反應(yīng)，實(shí)驗(yàn)降低溫度平衡正向進(jìn)行，故選D；
故答案為：D；
（4）反應(yīng)Ⅰ，CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ•mol^-1，反應(yīng)是氣體體積減小的放熱反應(yīng)，在一定溫度下反應(yīng)達(dá)到平衡的標(biāo)志是正逆反應(yīng)速率相同；在一定溫度下反應(yīng)達(dá)到平衡的標(biāo)志是：
A．平衡常數(shù)K只與溫度有關(guān)，與是否達(dá)到平衡狀態(tài)無(wú)關(guān)，故A錯(cuò)誤；
B．CO₂的轉(zhuǎn)化率不再變化，即反應(yīng)達(dá)到限度，是平衡狀態(tài)，故B正確；
C．反應(yīng)后氣體的物質(zhì)的量減少，質(zhì)量不變，所以混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量逐漸增大，當(dāng)混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不再改變時(shí)即是平衡狀態(tài)，故C正確；
D．反應(yīng)物和生成物都是氣體，氣體質(zhì)量不變，容器體積不變時(shí)，氣體密度始終不變，所以密度不變不能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故D錯(cuò)誤；
故答案為：BC；
故答案為：cd；
（Ⅱ）（1）650℃時(shí)，若在此容器中開(kāi)始充入2mol H₂O（g）、1mol CO、1mol CO₂和 2 mol H₂，此時(shí)Qc=$\frac{c（C{O}_{2}）•c（{H}_{2}）}{c（{H}_{2}O）•c（CO）}$=$\frac{0.5×1}{1×0.5}$=1，要使反應(yīng)向正反向進(jìn)行需滿足條件：Qc＜K，反應(yīng)正向進(jìn)行；
故答案為：正向；
（2）反應(yīng)物有兩種或兩種以上，增大一種反應(yīng)物的量可以提高另一種反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率，a₂（H₂O）＞a₃（H₂O），
故答案為：＞；
（Ⅲ）（1）A、根據(jù)圖中轉(zhuǎn)化率無(wú)法判斷起始量，故A錯(cuò)誤；
B、根據(jù)速率之比等于計(jì)量數(shù)之比可知，達(dá)平衡時(shí)，v（H₂）_正=3v（CO₂）_逆，故B錯(cuò)誤；
C、利用三段式計(jì)算，設(shè)起始H₂為2mol，則CO₂為1mol，
           6H₂ +2CO₂?C₂H₅OH+3H₂O
起始（mol） 2     1      0    0
轉(zhuǎn)化（mol）1.8   0.6
平衡（mol）0.2   0.4
H₂的平衡轉(zhuǎn)化率為$\frac{1.8}{2}$×100%=90%，故C正確；
D、b點(diǎn)溫度高于c點(diǎn)，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡逆向移動(dòng)，所以b點(diǎn)的平衡常數(shù)小于c點(diǎn)，故D錯(cuò)誤；
故答案為：C；
（2）在體積為2L的密閉容積中加入0.4molCO₂和0.4molH₂，第4分鐘達(dá)到平衡，水的濃度為0.1mol/L，在第5分鐘時(shí)，向體系中再充入0.2molCO₂和0.2mol H₂（其他條件不變），平衡逆向移動(dòng)水的濃度增大，曲線起始時(shí)水的濃度為0.1mol/L，隨反應(yīng)進(jìn)行第8分鐘達(dá)到平衡，此時(shí)水的濃度，結(jié)合平衡常數(shù)計(jì)算得到；
               CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），
起始量（mol/L）  0      0        0.2     0.2
變化量（mol/L）  0.1    0.1      0.1      0.1
平衡量（mol/L）  0.1    0.1      0.1     0.1
平衡常數(shù)K=1
 在第5分鐘時(shí)，向體系中再充入0.2molCO₂和0.2molH₂（其他條件不變），平衡逆向移動(dòng)，水的濃度增大，起始量為0.1mol/L．結(jié)合化學(xué)平衡三段式列式計(jì)算，設(shè)得到平衡生成水物質(zhì)的量濃度為x
                CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），
起始量（mol/L）  0.1    0.1      0.2    0.2
變化量（mol/L）  x        x        x       x
平衡量（mol/L） 0.1+x     0.1+x   0.2-x    0.2-x
K=$\frac{（0.2-x）^{2}}{（0.1+x）^{2}}$=1
x=0.05mol/L
平衡后水的平衡濃度為0.1mol/l+0.05mol/L=0.15mol/L，據(jù)此畫(huà)出圖象為：，
故答案為：．

點(diǎn)評(píng) 本題考查熱化學(xué)方程式書(shū)寫(xiě)，化學(xué)平衡影響因素分析，反應(yīng)速率、反應(yīng)平衡常數(shù)的計(jì)算，對(duì)圖象的分析與平衡移動(dòng)及平衡狀態(tài)的特征的理解，難度較大，注意圖象起點(diǎn)、終點(diǎn)和過(guò)程中變化趨勢(shì)是畫(huà)圖象的關(guān)鍵．