Question

（11分）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，壓強的關系如下圖：

（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）+1/2O₂（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）放熱 （ii）b²/a²   C （iii）增大 不變 （iv）0.55
（2）CO₂（g）+4 H₂（g）= CH₄（g）+ 2H₂O（l）△H="-252.9" KJ/mol

（i）壓強一定時，升溫CO的轉化率降低，即平衡左移，正反應為放熱反應
（ii）0.1Mpa、100℃條件下，在體積為bL的密閉容器中達到平衡時，CO的轉化率為0.5：
反應中：CO（g）+2H₂（g）CH₃OH（g）
初n：   a        2a             0
△n：   0.5a      a             0.5a
平衡n：0.5a       a            0.5a
故K=
若一個可逆反應的平衡常數K值很大，只能說明正反應的趨勢很大，與其反應歷程（是否使用催化劑）、是否放熱、反應速率無關；由平衡常數的概念可知，該反應達到平衡時至少有一種反應物百分含量很小，選C
（iii）在溫度和容積不變的情況下，再向平衡體系中充入amolCO，2amolH₂，相當于加壓，達到平衡時，CO的轉化率增大，但平衡常數只與溫度有關，其值不會改變
（iv）由“三段式”來判定：
反應中：CO（g）+2H₂（g）CH₃OH（g）
初n：   2.5        7.5          0
△n：  2.25       4.5         2.25
平衡n： 0.25        3         2.25
在容積不變的情況下，壓強比等物質的量比，故達到平衡時，容器內壓強為開始時的壓強的=0.55倍
（本小題可通過差量法來計算，更加簡潔）
（2）由所給兩熱化學方程式：
①CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890.3KJ/mol
②H₂（g）+1/2O₂（g）= H₂O（l）        △H=-285.8KJ/mol
根據蓋斯定律可知②×4－①，得CO₂（g）+4 H₂（g）= CH₄（g）+ 2H₂O（l）△H="-252.9" KJ/mol