Question

9．研究和開發(fā)CO₂和CO的創(chuàng)新利用是環(huán)境保護和資源利用雙贏的課題．
（1）CO可用于合成甲醇．在壓強為0.1MPa條件下，在體積為b L的密閉容器中充入a mol CO和2a mol H₂，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、壓強的關系如圖：
 （�。┰摲磻獙儆诜艧岱磻�（填“吸熱”或“放熱”）．
（ⅱ）100℃時，若一個可逆反應的平衡常數(shù)K值很大，對此反應的說法正確的是c（填序號）．
a．該反應使用催化劑意義不大
b．該反應發(fā)生將在很短的時間內完成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a mol CO、2a mol H₂，達到平衡時CO的轉化率增大（填“增大”、“不變”或“減小”，下同），平衡常數(shù)不變．
（ⅳ）在某溫度下，向一容積不變的密閉容器中充入2.5mol CO、7.5mol H₂，反應生成CH₃OH（g）達到平衡時，CO的轉化率為90%，此時容器內壓強為開始時壓強的0.55倍．
（2）某溫度下，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^-1
H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（l）△H=-285.8kJ•mol^-1
則CO₂（g）和H₂（g）反應生成甲烷和液態(tài)水的熱化學方程式為CO₂（g）+4H₂（g）=CH₄（g）+2H₂O（l）△H=-252.9kJ•mol^-1．

Answer 1

分析 （1）（i）由圖可知，壓強一定時，隨溫度升高，CO的轉化率降低，故升高溫度平衡向逆反應移動，據(jù)此判斷；
（ii）可逆反應的平衡常數(shù)越大，說明反應進行的程度越大，不能說明反應速率快慢、不能說明該反應在通常條件下一定可以發(fā)生、不能說明反應是吸熱還是放熱；
（iii）在溫度和容積不變的情況下，再向平衡體系中充入a mol CO（g）、2a mol H₂（g），等效為在原平衡的基礎上增大一倍壓強，平衡向正反應移動；化學平衡常數(shù)只受溫度影響，與濃度無關，溫度不變，平衡常數(shù)不變；
（iv）計算參加反應的CO的物質的量，利用差量法計算平衡時反應混合物的物質的量變化量，進而計算平衡時總的物質的量，利用恒溫恒容下，壓強之比等于物質的量之比解答；
（2）根據(jù)蓋斯定律書寫目標熱化學方程式．

解答 解：（1）（i）由圖可知，壓強一定時，隨溫度升高，CO的轉化率降低，故升高溫度平衡向逆反應移動，則正反應為放熱反應；
故答案為：放熱；
（ii）a．可逆反應的平衡常數(shù)很大，說明反應進行的程度很大，不能說明該反應在通常條件下一定可以發(fā)生，該反應可能需要催化劑才可以進行，故a錯誤；
b．可逆反應的平衡常數(shù)很大，說明反應進行的程度很大，不能說明該條件下反應速率很快，故b錯誤；
c．可逆反應的平衡常數(shù)很大，說明反應進行的程度很大，反應達平衡時至少有一種反應物的百分含量很小，故c正確；
d．可逆反應的平衡常數(shù)很大，說明反應進行的程度很大，不能說明該反應是吸熱還是放熱，故d錯誤，
故答案為：c；
（iii）在溫度和容積不變的情況下，再向平衡體系中充入a mol CO（g）、2a mol H₂（g），等效為在原平衡的基礎上增大一倍壓強，平衡向正反應移動，CO的轉化率增大，化學平衡常數(shù)只受溫度影響，與濃度無關，溫度不變，平衡常數(shù)不變，
故答案為：增大；不變；
（iv）參加反應的CO的物質的量為2.5mol×90%=2.25mol，則：
CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g） 物質的量減少△n
1                                                           2
2.25mol                                              4.5mol
故平衡時總的物質的量為2.5mol+7.5mol-4.5mol=5.5mol，恒溫恒容下壓強之比等于物質的量之比，故平衡時容器內壓強為開始時壓強的$\frac{5.5mol}{2.5mol+7.5mol}$=0.55倍，
故答案為：0.55；
（2）已知：①CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H₁=-890.3kJ•mol^-1
②H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（l）△H₂=-285.8kJ•mol^-1，
利用蓋斯定律，將②×4-①可得：CO₂（g）+4H₂（g）=CH₄（g）+2H₂O（l）△H=4×（-285.8kJ•mol^-1）-（-890.3kJ•mol^-1）=-252.9kJ•mol^-1，
故答案為：CO₂（g）+4H₂（g）=CH₄（g）+2H₂O（l）△H=-252.9kJ•mol^-1．

點評 本題考查化學平衡圖象、化學平衡有關計算、化學平衡常數(shù)、影響化學平衡的因素、熱化學方程式書寫，是對知識的綜合運用，應加強平時知識的積累，難度中等．