Question

【題目】以氫為原料的工業生產工藝及氫的獲得是科技工作者研究的重要課題。

（1）工業生產中可利用H2還原CO2制備清潔能源甲醇。

①已知CO(g)和H2(g)的燃燒熱(△H)分別為-283.0kJ·mol-1、-285.8kJ·mol-1。由H2和CO生成甲醇的熱化學方程式為：2H2(g)+CO(g)= CH3OH(1)的△H=-91kJ·mol-1。則3H2(g)+CO2(g)=CH3OH(1)+H2O(1)的△H=____________kJ·mol-1。

②將一定量的CO2和H2充入到某恒容密閉容器中，測得在不同催化劑作用下，相同時間內CO2的轉化率如圖甲所示。

該反應在a點達到平衡狀態，a點轉化率比b點的高，其原因是____________。

（2）利用CO和H2O生產H2：CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)。將不同配比的CO(g)和H2O(g)分別通入體積為2L的恒容密閉容器中。有關數據如下表：

①該反應的正反應為________反應(填“吸熱”、“放熱”)。

②650℃時，下列敘述說明達到化學平衡狀態的是_____(填標號)

a．v(CO)：v(H2O)：v(H2)：v(CO2)=1：1：1：1

b．生成n mol CO2(g)的同時生成n mol H2O(g)

c．n mol CO斷裂的同時斷裂2n mol H—H

d．某時刻，n(CO)：n(H2O)：n(CO2)：n(H2)=6：1：4：4

③900℃時，達平衡時v(H2O)=_______mol·L-1·min-1。(結果保留兩位有效數字)

（3）利用工業廢氣中的H2S熱分解制H2：2H2S(g) 2H2(g)+S2(g)。現將0.2molH2S(g)通入某恒壓密閉容器中，起始壓強p0=aMPa，在不同溫度下測得H2S的平衡轉化率如圖乙所示，則T6℃時，該反應的Kp=________(用含a的代數式表示)。

Answer 1

【答案】－93.8 該反應為放熱反應，溫度升高，平衡逆向移動 放熱 bd 0.17 0.2a MPa

【解析】

（1）①根據CO(g)和H2(g)的燃燒熱(△H)分別為-283.0kJ·mol-1、-285.8kJ·mol-1，可寫出熱化學方程式，（1）CO(g)+1/2O2(g)= CO2(g) △H=-283.0kJ·mol-1（2）H2(g) +1/2O2(g)= H2O(1) △H=-285.8kJ·mol-1，題目已給（3）2H2(g)+CO(g)= CH3OH(1)的△H=-91kJ·mol-1，根據蓋斯定律，利用（2）+（3）-（1），可得3H2(g)+CO2(g)=CH3OH(1)+H2O(1) △H= －93.8 kJ·mol-1；

②由圖像可知催化劑I的催化效果最佳，該反應為放熱反應，溫度升高，平衡逆向移動，CO2的轉化率降低；

（2）①650℃時，根據三段式進行有關數據處理；

②判斷平衡狀態的標志是：正反應速率等于逆反應速率但不為零，各成分濃度保持不變；

③900℃時，結合CO的轉化率，根據三段式進行有關數據處理；

（3）發生2H2S(g) 2H2(g)+S2(g)反應，由圖像可知，溫度為T6℃時，H2S平衡轉化率為50%。

（1）①根據CO(g)和H2(g)的燃燒熱(△H)分別為-283.0kJ·mol-1、-285.8kJ·mol-1，可寫出熱化學方程式，（1）CO(g)+1/2O2(g)= CO2(g) △H=-283.0kJ·mol-1（2）H2(g) +1/2O2(g)= H2O(1) △H=-285.8kJ·mol-1，題目已給（3）2H2(g)+CO(g)= CH3OH(1)的△H=-91kJ·mol-1，根據蓋斯定律，利用（2）+（3）-（1），可得3H2(g)+CO2(g)=CH3OH(1)+H2O(1) △H= －93.8 kJ·mol-1，故答案為：－93.8；

②由圖像可知催化劑I的催化效果最佳，該反應為放熱反應，溫度升高，平衡逆向移動，CO2的轉化率降低；故答案為：該反應為放熱反應，溫度升高，平衡逆向移動；

（2）①650℃時，根據三段式進行有關數據處理：

CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)

起始/mol 4 2 0 0

轉化/mol 1.6 1.6 1.6 1.6

平衡/mol 2.4 0.4 1.6 1.6

故650℃時，CO的轉化率1.6/4=0.4>1/3,溫度升高，轉化率降低，故正反應為放熱反應，故答案為：放熱；

②判斷平衡狀態的標志是：正反應速率等于逆反應速率但不為零，各成分濃度保持不變；

a.應該是各成分濃度保持不變，故錯誤；

b.根據此反應CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)判斷，生成n mol CO2(g)，是正反應方向，生成n mol H2O(g)是逆反應方向，故能說明正反應速率等于逆反應速率但不為零，故正確；

c. 斷裂 n mol CO是正反應方向，斷裂2nmol H—H是逆反應方向，但是物質的量不符合系數比，故不能說明正反應速率等于逆反應速率，故錯誤；

d. 某時刻，n(CO)：n(H2O)：n(CO2)：n(H2)=6：1：4：4，能說明反應達到平衡狀態，故正確；

故選bd；

③900℃時，結合CO的轉化率，根據三段式進行有關數據處理：

CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)

起始/mol 3 2 0 0

轉化/mol 1 1 1 1

平衡/mol 2 1 1 1

v(H2O)=1 mol/（2L×3min）≈0.17mol·L-1·min-1

故答案為：0.17；

（3）發生2H2S(g) 2H2(g)+S2(g)反應，由圖像可知，溫度為T6℃時，H2S平衡轉化率為50%,故所消耗H2S的物質的量カ0.20mol×50%=0.1mol,剩余H2S的物質的量カ0.20mol-0.1 mol=0.1 mol，生成H2的物質的量為0.1mol,生成S2的物質的量為0.05 mol,則 p（H2S）=0.4aMPa,p（H2）= 0.4aMPa ，p（S2）=0.2aMPa ，

故平衡常數Kp=（0.4aMPa）2×0.2aMPa/（0.4aMPa）2=0.2a MPa；故答案為：0.2a MPa。