Question

以煤為原料，經化學加工使煤轉化為氣體、液體、固體燃料以及各種化工產品的工業叫煤化工．
（1）將水蒸氣通過紅熱的碳即可產生水煤氣．反應為：C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）△H=+131.3kJ?mo1^-1
①該反應在高溫下______自發進行（填“能”或“不能”）
②恒溫下，在容積不變的密閉容器中，進行如上可逆反應．一段時間后，下列物理量不發生變化時，能表明該反應已達到平衡狀態的是：______．
Ⅰ混合氣體的密度；Ⅱ容器內氣體的壓強；Ⅲ混合氣體的總物質的量，ⅣCO物質的量濃度
A．只有Ⅳ．
B只有Ⅰ和Ⅳ
C．只有Ⅱ和Ⅲ
D．只有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ
（2）水煤氣再進一步反應可制取氫氣．反應為H₂O（g）+CO（g）?H₂（g）+CO₂（g），某溫度下該反應的平衡常數K=4/9．該溫度下在甲、乙、丙三個恒溫密閉容器中，只投入H₂（g）和CO₂（g），其起始濃度下表所示．下列判斷不正確的是______

起始濃度	甲	乙	丙
c（H2）/mo1/L	0.010	0.020	0.020
c（CO2）/moI/L	0.010	0.010	0.020

A．反應開始時，丙中的反應速率最快，甲中的反應最慢
B．平衡時甲中和丙中的H₂的轉化率均是60%
C．平衡時，丙中的c（CO₂）是甲中的2倍，是0.102mol/L
D．平衡時，乙中的CO₂的轉化率大于60%
（3）目前工業上有一種方法是用CO₂來制取甲醇．一定條件下發生反應：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），下圖表示該反應進行過程中能量的變化．在體積為1L的恒容密閉容器中，沖入1mo1CO₂和3mo1H₂反
①下列措施中能使平衡混合物中c（CH₃OH））增大的是______
A．升高溫度
B．沖入He（g）使體系壓強增大
C．將H₂O（g）從體系中分離出來
D．再沖入1mo1CO₂和3mo1H₂
②在溫度T₁時，當反應達到平衡時，測得n（H₂）=2.4mo1；其他條件不變，在溫度T₂時，當反應達到平衡時，測得n（CO₂）=0.82mol，則得T₁______T₂（填“＞”、“＜”或“=”）
（4）在一定條件下科學家從煙道氣中分離出CO₂與太陽能電池電解水產生的H₂合成甲醇（常溫下為液體）．CH₃OH、H₂的燃燒熱分別為：△H=-725.5kJ/mo1、△H=-285.5kJmo1
①寫出工業上以CO₂、H₂合成CH₃OH和液態水的熱化學方程式：______
②該轉化的積極意義是______
有人提出，可以設計反應CO₂=C+O₂（△H＞0、△S＜0）來消除CO₂對環境的影響．請你判斷是否可行并說出理由：______．

Answer 1

【答案】分析：（1）①該反應為熵增大，焓增大的反應，由△G=△H-T△S判斷；
②根據達到平衡時的特征“等”、“定”結合反應方程式的特征判斷是否達到平衡狀態；
（2）反應H₂O（g）+CO（g）?H（g）+CO₂（g）中，反應物和生成物的體積相等，壓強對平衡移動無影響，從等效平衡的角度結合濃度對平衡的影響分析；
（3）①使平衡混合物中c（CH₃OH））增大，應使平衡向正反應方向移動；
②反應為放熱反應，升高溫度平衡向逆反應方向移動；
（4）①利用蓋斯定律計算反應熱，并書寫熱化學方程式；
②根據△G=△H-T△S判斷反應能否自發進行．
解答：解：（1）該反應為熵增大，焓增大的反應，由△G=△H-T△S，△G＜0反應可自發進行，可知該反應在高溫時可以自發進行，常溫下難以自發進行，故答案為：①能；
②Ⅰ由于有固體參加反應，當混合氣體的密度不變時，氣體的質量不變，說明達到平衡狀態；
Ⅱ反應前后氣體的體積不等，當容器內氣體的壓強不變時說明達到平衡狀態；
Ⅲ反應前后氣體的體積不等，混合氣體的總物質的量不變，說明達到平衡狀態；
ⅣCO物質的量濃度不變，說明達到平衡狀態，則Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ都可說明達到平衡狀態，
故答案為：D；
（2）A．丙中濃度最大，甲中濃度最小，濃度越大，反應速率越大，則反應開始時，丙中的反應速率最快，甲中的反應最慢，故A正確；
B．  以甲計算：
       H₂O（g）+CO（g）?H₂（g）+CO₂（g）
起始：0       0        0.010   0.010
轉化：x       x        x       x
平衡：x       x       0.01-x   0.01-x
則=，
x=0.006，則平衡時甲中的H₂的轉化率均是=60%，由于甲和丙的氣體的比值相同，為等效平衡狀態，則丙中H₂的轉化率也為60%，故B正確；
C．由B計算可知，平衡時，丙中的c（CO₂）是甲中的2倍，應為2×（0.01-0.006）mol/L=0.008mol/L，故C錯誤；
D．乙與甲相比較，相當于在甲的基礎上通入H₂，則平衡向逆反應方向移動，平衡時，乙中的CO₂的轉化率大于60%，故D正確．
故答案為：C；
（3）①反應物總能量大于生成物總能量，該反應的正反應放熱，則
A．升高溫度，平衡向逆反應方向移動，平衡混合物中c（CH₃OH）減小，故A錯誤；
B．沖入He（g）使體系壓強增大，但反應物的濃度不變，平衡不移動，故B錯誤；
C．將H₂O（g）從體系中分離出來，生成物濃度減小，則平衡向正反應方向移動，平衡混合物中c（CH₃OH））增大，故C正確；
D．再沖入1mo1CO₂和3mo1H₂，相當于在原來基礎上增大壓強，平衡向正反應方向移動，平衡混合物中c（CH₃OH））增大，故D正確．
故答案為：CD；
②在溫度T₁時，當反應達到平衡時，測得n（H₂）=2.4mo1，則平衡時n（CO₂）=1mol-×（3mol-2.4mol）=0.8mol；其他條件不變，在溫度T₂時，當反應達到平衡時，測得n（CO₂）=0.82mol，說明平衡向正反應方向移動，反應為放熱反應，降低溫度平衡向正反應方向移動，故答案為：＞；
（4）①甲醇和氫氣的燃燒熱書寫其熱化學方程式分別為：
①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（l），△H₁=-1451kJ/mol；
②2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l），△H₂=-571.6KJ/mol，
根據蓋斯定律，反應CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（l）+H₂O（l）
可以看成是方程式×②-①×，所以△H=×（-571.6KJ/mol）-（-1451kJ/mol）×=-131.9KJ/mol，
故答案為：CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（l）+H₂O（l），△H=-131.9KJ/mol；
②該反應消耗二氧化碳，可降低溫室效應，生成甲醇，可彌補資源短缺，故答案為：可降低溫室效應和彌補資源短缺；
③該反應是一個焓增、熵減的反應，則△G=△H-T△S＞0，不能自發進行，
故答案為：不可行，該反應是一個焓增、熵減的反應，所以不能自發進行．
點評：本題考查化學平衡以及反應熱的計算，題目難度較大，本題注意利用三段式法計算，易錯點為（2），注意對等效平衡的理解和運用．