Question

17．二氧化碳是造成溫室效應的主要氣體，二氧化碳的回收再利用是減緩溫室效應的有效途徑之一．
（1）二氧化碳重整可用于制取甲烷．已知：
CH₄（g）+CO₂（g）?2CO（g）+2H₂（g）△H₁=+247kJ•mol^-1
CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H₂=+205kJ•mol^-1
則反應CO₂（g）+4H₂（g）?CH₄（g）+2H₂（g）的△H₃-163kJ/mol．
（2）一定壓強下，在某恒容密閉容器中，充入H₂和CO₂發(fā)生反應：2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃CH₂OH（g）+3H₂O（g），其起始投料比、溫度與CO₂的轉(zhuǎn)化率的關系如圖所示．
①降低溫度，平衡向正反應方向移動．
②在700K、起始投料比$\frac{n（{H}_{2}）}{n（C{O}_{2}）}$=1.5時，H₂的轉(zhuǎn)化率為40%．若達到平衡后H₂的濃度為amol•L-1，則達到平衡時CH₂CH₂OH的濃度為$\frac{a}{9}$mol/L．
（3）CO₂和H₂在一定條件下可合成二甲醚：2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+2H₂O（g）△H．在一定壓強下，將2.5molH₂與amolCO₂置于容積為1L的密閉容器中，發(fā)生上述反應，達到平衡狀態(tài)時，測得反應的實驗數(shù)據(jù)如下表：

溫度/K CO2轉(zhuǎn)化率/% a/mol	500	600	700	800
1.67	x	33
1.25	60	43		y
0.83		z	32	w

①x、y的大小關系為B．
A．x=y    B．x＞y    C．x＜y    D．無法判斷
②下列關于該反應的敘述正確的是ABC．
A．該反應的△H＜0，△S＜0                     B．該反應的平衡常數(shù)隨溫度升高而減小
C．轉(zhuǎn)化率分別為z、w時，達到平衡的時間前者長   D．轉(zhuǎn)化率分別為y、w時，平衡常數(shù)不同．

Answer 1

分析 （1）已知：①．CH₄（g）+CO₂（g）?2CO（g）+2H₂（g）△H₁=+247kJ•mol^-1
②．CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H₂=+205kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律，①-②×2可得：CO₂（g）+4H₂（g）?CH₄（g）+2H₂O（g），則△H₃=△H₁-2△H₂；
（2）①由圖可知，$\frac{n（{H}_{2}）}{n（C{O}_{2}）}$一定時，溫度越高，平衡時二氧化碳的轉(zhuǎn)化率越小，說明升高溫度平衡向逆反應方向移動，則正反應為放熱反應；
②由圖可知，在700K，起始投料比$\frac{n（{H}_{2}）}{n（C{O}_{2}）}$=1.5時，二氧化碳轉(zhuǎn)化率為20%，令CO₂、H₂的起始物質(zhì)的量分別為1mol、1.5mol，轉(zhuǎn)化的二氧化碳為0.2mol，根據(jù)方程式可知轉(zhuǎn)化的氫氣為0.6mol，進而計算H₂ 的轉(zhuǎn)化率，再根據(jù)平衡時氫氣濃度計算氫氣的起始濃度，進而計算氫氣濃度變化量△c（H₂），由方程式可知△c（CH₃CH₂OH）=$\frac{1}{6}$△c（H₂）；
（3）①CO₂起始物質(zhì)的量為1.25mol時，溫度越高，CO₂的轉(zhuǎn)化率越小，故w＜32，x＞33，由于CO₂（g）、H₂（g）按物質(zhì)的量1：3反應，當二者按物質(zhì)的量1：3混合時，即a=0.83，二者轉(zhuǎn)化率相等，則800K時CO₂、H₂的轉(zhuǎn)化率均為w%，CO₂（g）的起始物質(zhì)的量越大，其轉(zhuǎn)化率越小，則y＜w；
②A．CO₂起始物質(zhì)的量為1.25mol時，溫度越高，CO₂的轉(zhuǎn)化率越小，說明升高溫度平衡向逆反應方向移動，正反應為放熱反應，正反應生成氣體的物質(zhì)的量減小，混亂度減�。�
B．升高溫度平衡向逆反應方向移動，平衡常數(shù)隨溫度升高而減�。�
C．溫度越高，反應速率越快；
D．平衡常數(shù)只受溫度影響．

解答 解：（1）已知：①．CH₄（g）+CO₂（g）?2CO（g）+2H₂（g）△H₁=+247kJ•mol^-1
②．CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H₂=+205kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律，①-②×2可得：CO₂（g）+4H₂（g）?CH₄（g）+2H₂O（g），則△H₃=△H₁-2△H₂=-163kJ/mol，
故答案為：-163kJ/mol；
（2）①由圖可知，$\frac{n（{H}_{2}）}{n（C{O}_{2}）}$一定時，溫度越高，平衡時二氧化碳的轉(zhuǎn)化率越小，說明升高溫度平衡向逆反應方向移動，則正反應為放熱反應，降低溫度，平衡向放熱反應方向移動，即向正反應方向移動，
故答案為：正反應；
②由圖可知，在700K，起始投料比$\frac{n（{H}_{2}）}{n（C{O}_{2}）}$=1.5時，二氧化碳轉(zhuǎn)化率為20%，令CO₂、H₂的起始物質(zhì)的量分別為1mol、1.5mol，轉(zhuǎn)化的二氧化碳為mol×20%=0.2mol，根據(jù)方程式可知轉(zhuǎn)化的氫氣為0.2amol×3=0.6mol，H₂ 的轉(zhuǎn)化率為$\frac{0.6mol}{1.5mol}$×100%=40%，氫氣的平衡濃度為amol/L，則氫氣的起始濃度為amol/L÷（1-40%）=$\frac{5a}{3}$mol/L，則△c（H₂）=$\frac{5a}{3}$mol/L-amol/L=$\frac{2a}{3}$mol/L，由方程式可知△c（CH₃CH₂OH）=$\frac{1}{6}$△c（H₂）=$\frac{1}{6}$×$\frac{2a}{3}$mol/L=$\frac{a}{9}$mol/L，
故答案為：40%；$\frac{a}{9}$mol/L；
（3）①CO₂起始物質(zhì)的量為1.25mol時，溫度越高，CO₂的轉(zhuǎn)化率越小，故w＜32，x＞33，由于CO₂（g）、H₂（g）按物質(zhì)的量1：3反應，當二者按物質(zhì)的量1：3混合時，即a=0.83，二者轉(zhuǎn)化率相等，則800K時CO₂、H₂的轉(zhuǎn)化率均為w%，CO₂（g）的起始物質(zhì)的量越大，其轉(zhuǎn)化率越小，則y＜w，由上述分析可知x＞y，
故答案為：B；
②A．CO₂起始物質(zhì)的量為1.25mol時，溫度越高，CO₂的轉(zhuǎn)化率越小，說明升高溫度平衡向逆反應方向移動，正反應為放熱反應，即△H＜0，正反應生成氣體的物質(zhì)的量減小，混亂度減小，則△S＜0，故A正確；
B．正反應為放熱反應，升高溫度平衡向逆反應方向移動，平衡常數(shù)隨溫度升高而減小，故B正確；
C．溫度越高，反應速率越快，轉(zhuǎn)化率分別為z、w時，達到平衡的時間前者長，則C正確；
D．由于溫度相同，則平衡常數(shù)相同，故D錯誤，
故選：ABC．

點評 本題考查化學平衡計算、化學平衡影響因素、反應熱計算等，較好的考查學生分析能力、知識遷移運用能力．（3）中轉(zhuǎn)化率比較為易錯點、難度，貌似無法比較，關鍵是根據(jù)二者轉(zhuǎn)化率相等時的特殊性分析解答．