Question

“低碳循環”引起各國的高度重視，已知煤、甲烷等可以與水蒸氣反應生成以CO和H₂為主的合成氣，合成氣有廣泛應用。試回答下列問題：
(1)高爐煉鐵是CO氣體的重要用途之一，其基本反應為：FeO(s)＋CO(g) Fe(s)＋CO₂(g)  ΔH＞0。已知在1 100 ℃時，該反應的化學平衡常數K=0.263。
①溫度升高，化學平衡移動后達到新的平衡，此時平衡常數K值   (填“增大”、“減小”或“不變”)；
②1 100 ℃時測得高爐中，c(CO₂)="0.025" mol·L^-1，c(CO)="0.1" mol·L^-1，則在這種情況下，該反應向   進行(填“左”或“右”)，判斷依據是          。
(2)目前工業上也可用CO₂來生產燃料甲醇，有關反應為：CO₂(g)+3H₂(g) CH₃OH(g)+H₂O(g)  ΔH＝－49.0 kJ·mol^-1，現向體積為1 L的密閉容器中，充入1 mol CO₂和3 mol H₂，反應過程中測得CO₂和CH₃OH(g)的濃度隨時間的變化如圖所示。

①從反應開始到平衡，氫氣的平均反應速率v(H₂)＝       。
②反應達到平衡后，下列措施能使增大的是           (填符號)。

A．升高溫度

B．再充入H2

C．再充入CO2

D．將H2O(g)從體系中分離

E．充入He(g)

Answer 1

(1)①增大
②右  因為c(CO₂)/c(CO)=0.25＜0.263
(2)①0.225 mol/(L·min)  ②B、D

(1)①因為煉鐵反應為吸熱反應，升高溫度，平衡常數增大。
②FeO(s)＋CO(g)CFe(s)＋CO₂(g)在1 100 ℃時的平衡常數為0.263，此時Q_c=c(CO₂)/c(CO)="0.025" mol·L^－1/0.1 mol·L^－1=0.25<0.263，說明反應沒有達到平衡，反應向右進行。
(2)①根據反應過程中CO₂的濃度變化可知，從反應開始到達平衡，CO₂的濃度變化為0.75 mol·L^－1，所以H₂的濃度變化為3×0.75 mol·L^－1="2.25" mol·L^－1，H₂的反應速率為2.25 mol·L^－1/10 min="0.225" mol·L^－1·min^－1。
②使增大，需要使平衡向正反應方向移動，升高溫度，平衡向逆反應方向移動，A錯；再充入H₂，CH₃OH的濃度增大，CO₂濃度減小，比值增大，B對；再充入CO₂，CO₂的轉化率減小，CO₂濃度增大，CH₃OH濃度雖然增大，但是不如CO₂濃度增大的多，比值減小，C錯；將H₂O(g)從體系中分離出來，平衡向右移動，CH₃OH濃度增大，CO₂濃度減小，比值增大，D對；充入He對平衡無影響，比值不變，E錯