Question

【題目】燃煤產生的煙氣中含有較多的CO2、CO、SO2等影響環境的氣體。如何綜合利用這些氣體一直是科研單位研究的熱點。

(1)已知：

反應	熱化學方程式	平衡常數
①	2CO2(g)＋6H2(g) CH3OCH3(g)＋3H2O(g)　ΔH1	K1
②	CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g) ΔH2	K2
③	2CO(g)＋4H2(g) CH3OCH3(g)＋H2O(g)　ΔH3	K3

則ΔH1＝___________(用ΔH2、ΔH3表示)；K3＝____________(用K1、K2表示)。

(2)針對反應①研究發現，該反應中CO2的平衡轉化率隨反應溫度、投料比[n(H2)/n(CO2)]的變化曲線如圖：

①ΔH1______(填寫“>”或“<”)0；

②若其他條件不變，僅僅增大壓強， 則逆反應速率____________(填“增大”、“減小”或“不變”，下同)，平衡常數K____________。

(3)研究發現，催化劑可以促使煙氣CO、SO2轉化為CO2、S。反應原理為：2CO(g)＋SO2(g) 2CO2(g)＋S(l)　ΔH＝-270 kJ·mol-1

①其他條件相同，研究發現，分別選取Fe2O3、NiO、Cr2O3作上述反應的催化劑時，SO2的轉化率隨反應溫度的變化如圖，研究得出，應該選擇Fe2O3作催化劑，主要原因可能是______________；

②若在2 L恒容密閉容器中，將3 mol CO、1 molSO2混合，在一定條件下引發反應，當SO2的平衡轉化率為40%時，此時K＝________；

③向反應容器中再分別通入下列氣體，可以使SO2轉化率增大的是____(填序號)。

A．CO　　　B．SO2　　　C．N2　　　D．H2S　　　E．CO2

(4)一定溫度下，向某體積不變的密閉容器中通入一定量的CO(g)和H2O(g)發生反應CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)，下列圖像分別代表焓變（ΔH）、混合氣體平均相對分子質量（）、氣體密度（ρ）、CO2體積分數φ(CO2)與反應時間的關系，其中正確且能表明該可逆反應達到平衡狀態的是________(填序號)。

A. B. C. D.

Answer 1

【答案】ΔH3-2ΔH2 K1K22 < 增大 不變 在相對較低的溫度下可獲得較高的SO2轉化率，從而節約能源 0.44 A D

【解析】

(1)根據蓋斯定律可知：反應①=反應③-2×反應②，可求ΔH1，K3；
(2)①觀察圖象，隨溫度升高，CO2的平衡轉化率逐漸減小，結合平衡移動原理可知該反應為吸熱還是放熱反應；
②結合反應速率、平衡常數的影響因素回答即可；
(3)①條件的選擇關鍵在于在使用較低成本，較少時間，而能夠達到較高轉化率；
②已知起始量3 mol CO、1molSO2，SO2的平衡轉化率為40%，代入三段式即可求出各物質平衡量，即可求出K；
③結合平衡移動影響因素選擇恰當的物質；
(4)可逆反應達到平衡狀態時，各物質濃度、物質的量、百分含量等數據不再變化，特別注意混合氣體平均相對分子質量等相關物理量的計算。

(1)根據蓋斯定律可知：反應①=反應③-2×反應②，則ΔH1=ΔH3-2ΔH2，K3=K1×K22；

答案為：ΔH3-2ΔH2；K1K22；
(2)①由圖可知，升高溫度，CO2的平衡轉化率降低，則正反應為放熱反應，ΔH1＜0，

答案為：＜；
②增大壓強，正逆反應速率均增大，K只與溫度有關，平衡常數K不變；

答案為：增大；不變；
(3)①選擇Fe2O3作催化劑，原因是在相對較低的溫度下可獲得較高的SO2轉化率，從而節約能源；

答案為：在相對較低的溫度下可獲得較高的SO2轉化率，從而節約能源；
②將3 mol CO、1molSO2，因為SO2的平衡轉化率為40%，則△n(SO2)=1 mol×40%=0.4mol，將數據代入三段式：因為容積為2L，則平衡時c(CO)=1.1mol/L，c(SO2)=0.3mol/L，c(CO2)=0.4mol/L， 則；

答案為：0.44；

③增加CO濃度，可以使平衡正向移動，進而使SO2轉化率增大；

答案為：A；
(4)A. 焓變指可逆反應完全反應的能量變化，與平衡移動無關，故A錯；
B. 對于反應CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)，由于氣體總質量與氣體總物質的量在任意時刻均不變，則混合氣體平均相對分子質量為定值，故B錯；
C. 對于反應CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)，由于氣體總質量與容器體積不變，則氣體密度為定值，故C錯；
D. CO2體積分數平衡前一直改變，平衡后不再變化，可以說明達到平衡狀態，故D正確；
答案為：D。