Question

20．研究CO₂的利用對促進低碳社會的構建具有重要的意義．
（1）將CO₂與焦炭作用生成CO，CO可用于煉鐵等．
已知：Fe₂O₃（s）+3C（s）=2Fe（s）+3CO（g）；△H₁=+489.0kJ•mol^-1
C（s）+CO₂（g）=2CO（g）；△H₂=+172.5kJ•mol^-1．則CO還原Fe₂O₃的熱化學方程式為Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5kJmol^-1
（2）某實驗將CO₂和H₂充入一定體積的密閉容器中，在兩種不同條件下發(fā)生反應：CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ•mol^-1，測得CH₃OH的物質的量隨時間的變化如圖1所示，請回答下列問題：
①該反應的平衡常數的表達式為K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}$．
②曲線Ⅰ、Ⅱ對應的平衡常數大小關系為K_Ⅰ大于_K_Ⅱ（填“大于”、“等于”或“小于”）．
③在如圖2a、b、c三點中，H₂的轉化率由高到低的順序是a＞b＞c（填字母）．
（3）在其他條件不變的情況下，將容器體積壓縮到原來的1/2，與原平衡相比，下列有關說法正確的是bc．
a．氫氣的濃度減小
b．正反應速率加快，逆反應速率也加快
c．甲醇的物質的量增加
d．重新平衡時n（H₂）/n（CH₃OH）增大
（4）在恒溫恒容條件下，起始加入的反應物不變，要增大CH₃OH 的產率，可以采取的有效措施是
增大壓強．

Answer 1

分析 （1）①Fe₂O₃（s）+3C（石墨）=2Fe（s）+3CO（g）△H₁=+489.0kJmol^-1
②C（石墨）+CO₂（g）=2CO（g）△H₂=+172.5kJmol^-1
由蓋斯定律①-②×3計算；
（2）①平衡常數表達式K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}$；
②II平衡時間小于I，說明II反應速率大于I，且平衡時II中CH₃OH的物質的量小于I，說明平衡向逆反應方向移動，則只能是升高溫度，溫度越高，化學平衡常數越�。�
③增加氫氣的量平衡正向移動，但氫氣的轉化率越來越��；
（3）增大壓強，正、逆反應速率都增大，平衡向正反應方向，平衡時各組分的濃度都增大，據此判斷；
（4）起始加入的反應物不變，要增大CH₃OH 的產率，即通過改變溫度或者壓強使平衡正向移動，據此判斷．

解答 解：（1）①Fe₂O₃（s）+3C（石墨）=2Fe（s）+3CO（g）△H₁=+489.0kJmol^-1
②C（石墨）+CO₂（g）=2CO（g）△H₂=+172.5kJmol^-1
由蓋斯定律①-②×3得到Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5kJmol^-1，故答案為Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5kJmol^-1；
（2）①CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）可知，K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}$，故答案為：$\frac{c（C{H}_{3}OH）c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}$；
②II平衡時間小于I，說明II反應速率大于I，且平衡時II中CH₃OH的物質的量小于I，說明平衡向逆反應方向移動，則只能是升高溫度，即II的溫度大于I，溫度越高，平衡向逆反應方向移動，導致化學平衡常數越小，所以K_Ⅰ＞K_Ⅱ，故答案為：大于；
③增加氫氣的量平衡正向移動，但氫氣的轉化率越來越小，所以H₂的轉化率由高到低的順序是a＞b＞c，故答案為：a＞b＞c；
（3）a．增大壓強，平衡時氫氣的濃度增大，故a錯誤；
b．增大壓強，反應物、生成物的濃度都增大，故正、逆反應速率都加快，故b正確；
c．增大壓強平衡向正反應方向移動，甲醇的物質的量增加，故c正確；
d．增大壓強平衡向正反應方向移動，氫氣的物質的量減小、甲醇的物質的量增大，故重新平衡時$\frac{n（H{\;}_{2}）}{n（CH{\;}_{3}OH）}$減小，故d錯誤，
故答案為：bc；
（4）起始加入的反應物不變，要增大CH₃OH 的產率，即通過降低溫度或者增大壓強使平衡正向移動，又恒溫恒容條件下，所以只能增大壓強，故答案為：增大壓強．

點評 本題綜合性較大，涉及蓋斯定律的應用、化學平衡常數、化學平衡影響因素等，題目難度中等．