Question

煤的氣化是高效、清潔地利用煤炭的重要途徑之一。
(1)在25⁰C 101kPa時，H₂與O₂化合生成1mol H₂O(g)放出241.8kJ的熱量，其熱化學方程式為
___________
又知: ①C(s)＋O₂(g)═CO₂(g) △H＝－393.5kJ/mol
②CO(g)＋O₂(g)═CO₂(g) △H＝－283.0kJ/mol
焦炭與水蒸氣反應是將固體煤變為氣體燃料的方法，C(s)＋H₂O(g)═CO(g)＋H₂(g) △H=____kJ/mol
(2) CO可以與H₂O(g)進一步發生反應: CO(g)＋H₂O(g)CO₂(g)＋H₂(g) △H＜0在恒容密閉容器中，起始時n(H₂O)=0.20mol，n(CO)＝0.10 mol,在800⁰C時達到平衡狀態，K＝1.0，則平衡時，容器中CO的轉化率是_____________(計算結果保留一位小數)。
(3) 工業上從煤氣化后的混合物中分離出H₂，進行氨的合成，已知反應反應N₂(g)＋3H₂(g2NH₃(g)（△H＜0）在等容條件下進行，改變其他反應條件，在I、II、III階段體系中各物質濃度隨時間變化的曲線如下圖所示：

①N₂的平均反應速率v₁(N₂)、v_II(N₂)、v_III(N₂)從大到小排列次序為________；
②由第一次平衡到第二次平衡，平衡移動的方向 是________，采取的措施是________。
③比較第II階段反應溫度(T₂)和第III階段反應速度（T₃)的高低：T₂________T₃填“〉、=、<”判斷的理由是________________。

Answer 1

（14分）（1）H₂(g)+O₂(g)═lH₂O(g) △H＝－241.8kJ/mol （2分）；＋131.3kJ （1分）
（2）66.7% （2分） （3）①v₁(N₂)＞v_II(N₂)＞v_III(N₂)（3分）
②向正反應方向 從反應體系中移出產物NH₃（3分）
③＞ 此反應為放熱反應，降低溫度，平衡向正反應方向移動 （3分）

試題分析：（1）在25℃、101kPa時，H₂與O₂化合生成1molH₂O(g)放出241.8kJ的熱量，所以其熱化學方程式為H₂(g)+O₂(g)═lH₂O(g) △H＝－241.8kJ/mol。
已知①C(s)＋O₂(g)═CO₂(g) △H＝－393.5kJ/mol
②CO(g)＋O₂(g)═CO₂(g) △H＝－283.0kJ/mol
③H₂(g)+O₂(g)═lH₂O(g) △H＝－241.8kJ/mol
所以根據蓋斯定律，①－③－②即得到C(s)＋H₂O(g)═CO(g)＋H₂(g)，則反應熱△H＝－393.5kJ/mol＋241.8kJ/mol＋283.0kJ/mol＝＋131.3kJ/mol。
（2）            CO(g)＋H₂O(g)CO₂(g)＋H₂(g)
起始量（mol）     0.1     0.2         0      0
轉化量（mol）      x       x          x       x
平衡量（mol）   0.1－x  0.2－x        x       x
由于反應前后氣體的體積不變，可以用物質的量代替濃度計算平衡常數
即＝1.0
解得x＝
所以平衡時，容器中CO的轉化率是×100%＝66.7%
（3）①根據圖像可知，虛線表示氮氣的濃度變化，則v₁(N₂)＝（2mol/L－1mol/L）÷20min＝0.05mol/（L?min），v_II(N₂)＝（1mol/L－0.62mol/L）÷15min＝0.0253mol/（L?min），v_III(N₂)＝（0.62mol/L－0.5mol/L）÷10min＝0.012mol/（L?min），故N₂的平均反應速率v₁(N₂)＞v_II(N₂)＞v_III(N₂).
②根據圖像可知，第Ⅱ階段氨氣是從0開始的，瞬間反應物氮氣和氫氣濃度不變，因此可以確定第一次平衡后從體系中移出了氨氣，即減少生成物濃度，平衡正向移動。
③第Ⅲ階段的開始與第Ⅱ階段的平衡各物質的量均相等，根據氨氣和氫氣的量減少，氨氣的量增加可判斷平衡是正向移動的。根據平衡開始時濃度確定此平衡移動不可能是由濃度的變化引起的，另外題目所給條件容器的體積不變，則改變壓強也不可能，因此一定為溫度的影響。此反應正向為放熱反應，可以推測為降低溫度，因此達到平衡后溫度一定比第Ⅱ階段平衡時的溫度低，即T₂＞T₃。