Question

20．工業(yè)上可以以煤和水為原料通過一系列轉(zhuǎn)化變?yōu)榍鍧嵞茉礆錃饣蚬�業(yè)原料甲醇．
（1）用煤制取氫氣的反應(yīng)是：C（s）+2H₂O（g）$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$ CO₂（g）+2H₂（g）△H＞0
若已知碳的燃燒熱a和氫氣的燃燒熱b不能（填“能”或“不能”）求出上述反應(yīng)的△H．若能則求出其△H（若不能請說明理由）：因為上述反應(yīng)與氫氣燃燒熱的反應(yīng)中水的狀態(tài)不同．
（2）工業(yè)上也可以僅利用上述反應(yīng)得到的CO₂和H₂進一步合成甲醇，反應(yīng)方程式為：
CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H＜0，
在一恒溫恒容密閉容器中充入1mol CO₂和3 mol H₂進行上述反應(yīng)．測得CO₂和CH₃OH（g）濃度隨時間變化如圖1所示．
�。�該溫度下的平衡常數(shù)為5.33．10min后，保持溫度不變，向該密閉容器中再充入1mol CO₂（g）和1mol H₂O（g），則平衡正向（填“正向”、“逆向”或“不”）移動．
ⅱ．對于基元反應(yīng)aA+bB?cC+dD而言，其某一時刻的瞬時速率計算公式如下：正反應(yīng)速率為V_正=k_正•c（A）^a•c（B）^b；逆反應(yīng)速率為V_逆=k_逆•c（C）^c•c（D）^d其中k_正、k_逆為速率常數(shù)．求該反應(yīng)進行到第10min時k_逆：k_正=3：16．
（3）工業(yè)上利用水煤氣合成甲醇燃料，反應(yīng)為CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H＜0．在一定條件下，將l mol CO和2mol H₂通入密閉容器中進行反應(yīng)，當改變某一外界條件（溫度或壓強）時，CH₃OH的體積分數(shù)φ（CH₃OH）變化趨勢如圖2所示：
①平衡時，M點CH₃OH的體積分數(shù)為10%．則CO的轉(zhuǎn)化率為25%．
②X軸上a點的數(shù)值比b點�。ㄌ睢按蟆被颉靶　保�．Y軸表示溫度（填“溫度”或“壓強”），判斷的理由是隨著Y值的增加，CH₃OH的體積分數(shù)φ（CH₃OH）減小，平衡逆向移動，故Y表示溫度．

Answer 1

分析 （1）反應(yīng)熱與物質(zhì)的聚集狀態(tài)有關(guān)，聚集狀態(tài)不同，反應(yīng)熱不同；
（2）�。�計算平衡時氫氣、水的濃度，再根據(jù)K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）×c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}$計算平衡常數(shù)；
保持溫度不變，向該密閉容器中再充入1mol CO₂（g）和1mol H₂O（g），相當于增大壓強，增壓平衡向氣體系數(shù)小的方向移動；
ⅱ．平衡時滿足V正=V逆，v_正=k_正•c（A）^a•c（B）^b；V_逆=k_逆•c（C）^c•c（D）^d，則k逆：k正=$\frac{c（C{H}_{3}OH）×c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}$=K；
（3）①根據(jù)三行式計算得到；
②根據(jù)圖示信息：X軸上a點的數(shù)值比b點小，隨著Y值的增加，CH₃OH的體積分數(shù)φ（CH₃OH）減小，結(jié)合平衡移動原理回答．

解答 解：（1）反應(yīng)熱與物質(zhì)的聚集狀態(tài)有關(guān)，聚集狀態(tài)不同，反應(yīng)熱不同，上述反應(yīng)與氫氣燃燒熱的反應(yīng)中水的狀態(tài)不同，所以不能求出上述反應(yīng)的焓變；
故答案為：不能；因為上述反應(yīng)與氫氣燃燒熱的反應(yīng)中水的狀態(tài)不同；
（2）ⅰ平衡時甲醇為0.75mol/L、二氧化碳為0.25mol/L，則：
               CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始濃度（mol/L）：1       3          0       0
變化濃度（mol/L）：0.75    2.25       0.75    0.75
平衡濃度（mol/L）：0.50    0.75       0.75    0.75
則平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）×c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}$=$\frac{0.75×0.75}{0.25×0.7{5}^{2}}$=$\frac{16}{3}$=5.33；
保持溫度不變，向該密閉容器中再充入1mol CO₂（g）和1mol H₂O（g），相當于增大壓強，增壓平衡向氣體系數(shù)小的方向移動，即向正方向移動；
故答案為：5.33；正向；
ⅱ平衡時滿足V正=V逆，v_正=k_正•c（A）^a•c（B）^b；V_逆=k_逆•c（C）^c•c（D）^d，
則k逆：k正=$\frac{c（C{H}_{3}OH）×c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}$=K=3：16；
故答案為：3：16；
（3）①設(shè)CO的轉(zhuǎn)化量是x，則
        CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）；
初始量：1mol      2mol      0
變化量：x         2x      x
平衡量：1-x      2-2x     x
平衡時，CH₃OH的體積分數(shù)為10%，則$\frac{x}{1-x+2-2x+x}$×100%=10%，x=0.25，所以CO的轉(zhuǎn)化率為$\frac{0.25mol}{1mol}$×100%=25%，故答案為：25%；
②根據(jù)圖示信息：X軸上a點的數(shù)值比b點小，隨著Y值的增加，CH₃OH的體積分數(shù)φ（CH₃OH）減小，平衡逆向移動，故Y表示溫度，故答案為：小；溫度；隨著Y值的增加，CH₃OH的體積分數(shù)φ（CH₃OH）減小，平衡逆向移動，故Y表示溫度．

點評 本題為綜合題，涉及反應(yīng)熱的計算、化學平衡平衡移動影響因素、化學平衡常數(shù)計算、平衡移動原理的應(yīng)用，題目難度中等，明確化學平衡常數(shù)的概念及表達式為解答關(guān)鍵，本題也可以利用三段式計算，試題培養(yǎng)了學生的分析能力及化學計算能力．