Question

研究和開發CO₂和CO的創新利用是環境保護和資源利用的雙贏的課題．
（1）CO可用于合成甲醇．在壓強為0.1Mpa條件下，在體積為bL的密閉容器中充入amolCO和2amolH₂，在催化劑作用下合成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）平衡時CO的轉化率與溫度，壓強的關系如圖：

（i）該反應屬于______反應：（填“吸熱”或“放熱”）．
（ii）100℃時，該反應的平衡常數：K=______；（用a、b的代數式表示）．若一個可逆反應的平衡常數K值很大，對此反應的說法正確的是：______填序號）
a．該反應使用催化劑意義不大；
b．該反應發生將在很短時間內完成；
c．該反應達到平衡時至少有一種反應物百分含量很小；
d．該反應一定是放熱反應；
（iii）在溫度和容積不變的情況下，再向平衡體系中充入amolCO，2amolH₂，達到平衡時CO轉化率______（填“增大”，“不變”或“減小”，下同）平衡常數：______．
（iv）在某溫度下，向一容積不變的密閉容器中充入2.5molCO，7.5molH₂，反應生成CH₃OH（g），達到平衡時，CO轉化率為90%，此時容器內壓強為開始時的壓強______倍．
（2）某溫度條件下，若將CO₂（g）和H₂（g）以體積比1：4混合，在適當壓強和催化劑作用下可制得甲烷，已知：
CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890.3KJ/mol
H₂（g）+

1

2

O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.8KJ/mol
則CO₂（g）和H₂（g）反應生成液態水的熱化學方程式為：______．

Answer 1

（1）（i）由圖可知，壓強一定時，隨溫度升高，CO的轉化率降低，故升高溫度平衡向逆反應移動，則正反應為放熱反應；
故答案為：放熱；
（ii）100℃，平衡時CO的轉化率為0.5，所以參加反應的CO的物質的量為0.5amol．
CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）；
開始（mol）：a 2a0
變化（mol）：0.5a a0.5a
平衡（mol）：0.5a a0.5a
所以平衡時，CO的濃度為

0.5amol

bL

=

a

2b

mol/L，H₂的濃度為

a

b

=mol/L，CH₃OH的濃度為

0.5amol

bL

=

a

2b

mol/L，100℃時該反應的平衡常數k═

a 2b

a 2b ( a b )2

=

b2

a2

，
a．可逆反應的平衡常數很大，說明反應進行的程度很大，不能說明該反應在通常條件下一定可以發生，該反應可能需要催化劑才可以進行，故a錯誤；
b．可逆反應的平衡常數很大，說明反應進行的程度很大，不能說明該條件下反應速率很快，故b錯誤；
c．可逆反應的平衡常數很大，說明反應進行的程度很大，反應達平衡時至少有一種反應物的百分含量很小，故c正確；
d．可逆反應的平衡常數很大，說明反應進行的程度很大，不能說明該反應是吸熱還是放熱，故d錯誤，
故答案為：

b2

a2

，c；
（iii）在溫度和容積不變的情況下，再向平衡體系中充入amolCO（g）、2amolH₂（g），等效為在原平衡的基礎上增大一倍壓強，平衡向正反應移動，CO的轉化率增大，化學平衡常數只受溫度影響，與濃度無關，溫度不變，平衡常數不變，
故答案為：增大；不變；
（iv）參加反應的CO的物質的量為2.5mol×90%=2.25mol，則：
CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g） 物質的量減少△n
1 2
2.25mol 4.5mol
故平衡時總的物質的量為2.5mol+7.5mol-4.5mol=5.5mol，恒溫恒容下壓強之比等于物質的量之比，故平衡時容器內壓強為開始時壓強的

5，5mol

2.5mol+7.5mol

=0.55倍，
故答案為：0.55；
（2）已知：①CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H₁=-890.3kJ?mol^-1
②H₂（g）+

1

2

O₂（g）═H₂O（l）△H₂=-285.8kJ?mol^-1，
利用蓋斯定律，將②×4-①可得：CO₂（g）+4H₂（g）=CH₄（g）+2H₂O（l）△H=4×（-285.8kJ?mol^-1）-（-890.3kJ?mol^-1）=-252.9kJ?mol^-1，
故答案為：CO₂（g）+4H₂（g）=CH₄（g）+2H₂O（l）△H=-252.9kJ?mol^-1；