Question

（16分）以煤為原料，經(jīng)過化學(xué)加工使煤轉(zhuǎn)化為氣體、液體、固體燃料以及各種化工產(chǎn)品的工業(yè)叫煤化工。

（1）將水蒸氣通過紅熱的碳即可產(chǎn)生水煤氣。反應(yīng)為：

C(s)＋H₂O(g) CO(g)＋H₂(g)   ΔH=＋131.3 kJ•mol^-1，

①該反應(yīng)在常溫下    自發(fā)進(jìn)行（填“能”與“不能”）；

②恒溫，在容積可變的密閉容器中，進(jìn)行如上可逆反應(yīng)。一段時(shí)間后，下列物理量不發(fā)生變化時(shí)，能表明該反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)的有    

Ⅰ混合氣體的密度；               Ⅱ容器內(nèi)氣體的壓強(qiáng)；

Ⅲ混合氣體的總物質(zhì)的量；        ⅣCO物質(zhì)的量濃度

     A．只有Ⅳ    B．只有Ⅰ和Ⅳ  C．只有Ⅱ和Ⅲ  D．Ⅰ、Ⅲ和Ⅳ    

（2）水煤氣再進(jìn)一步反應(yīng)可制取氫氣。反應(yīng)為H₂O(g)+CO(g) H₂(g)+CO₂(g)，某溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)K= 4/9。該溫度下在甲、乙、丙三個(gè)恒容密閉容器中，只投入H₂(g)和CO₂(g)，其起始濃度如下表所示。下列判斷不正確的是    。

起始濃度	甲	乙	丙
c(H2)/mol/L	0.010	0.020	0.020
c(CO2)/mol/L	0.010	0.010	0.020

 

A．反應(yīng)開始時(shí)，丙中的反應(yīng)速率最快，甲中的反應(yīng)速率最慢

B．平衡時(shí)，甲中和丙中Ｈ₂的轉(zhuǎn)化率均是60％

C．平衡時(shí)，丙中ｃ(CO₂)是甲中的2倍，是0.012mol/L

D．平衡時(shí)，乙中CO₂的轉(zhuǎn)化率大于60%

（3）目前工業(yè)上有一種方法是用CO₂來(lái)生產(chǎn)甲醇。一定條件下發(fā)生反應(yīng)：CO₂(g)＋3H₂(g)CH₃OH(g)＋H₂O(g) ，右圖表示該反應(yīng)進(jìn)行過程中能量(單位為kJ•mol^—1)的變化。在體積為1 L的恒容密閉容器中，充入1mol CO₂和3mol H₂反應(yīng)

①下列措施中能使c (CH₃OH)增大的是    。

A．升高溫度     

B．充入He(g)，使體系壓強(qiáng)增大

C．將H₂O(g)從體系中分離出來(lái)   

D．再充入1mol CO₂和3mol H₂

②在溫度T₁時(shí)，當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，測(cè)得n(H₂) = 2.4 mol；其它條件不變，在溫度T₂時(shí)，當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，測(cè)得n(CO₂) = 0.82 mol，則T₂    T₁。（填“＞”、“＜”或“＝”），

（4）在一定條件下科學(xué)家從煙道氣中分離出CO₂與太陽(yáng)能電池電解水產(chǎn)生的H₂合成甲醇。CH₃OH、H₂的燃燒熱分別為：△H＝－725.5kJ/mol、△H＝－285.8kJ/mol。

①寫出工業(yè)上以CO₂、H₂合成CH₃OH和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式：    ；

②該轉(zhuǎn)化的積極意義是    ；

③有人提出，可以設(shè)計(jì)反應(yīng)CO₂＝C＋O₂（△H＞0、△S＜0）來(lái)消除CO₂對(duì)環(huán)境的影響。請(qǐng)你判斷是否可行并說(shuō)出理由：    

 

Answer 1

【答案】

(1)  ① 不能   ②  D     （2）C         (3) ①  CD     ② >

（4）①CO₂(g)＋3H₂(g)→CH₃OH(l)＋H₂O(l)   △H＝－131.9kJ/mol

②可降低溫室效應(yīng)和彌補(bǔ)資源短缺

③不可行，該反應(yīng)是一個(gè)焓增、熵減的反應(yīng)，所以不能自發(fā)進(jìn)行

【解析】(1)反應(yīng)是體積增大的，吸熱放熱可逆反應(yīng)，所以在常溫下不能自發(fā)進(jìn)行。因?yàn)楹銣�，在容積可變的密閉容器中進(jìn)行，所以I、Ⅱ、Ⅲ均不能說(shuō)明。只有當(dāng)CO物質(zhì)的量濃度不再變化時(shí)可以說(shuō)明。

（2）反應(yīng)開始時(shí)丙中濃度最大，甲中濃度最小，反應(yīng)速率丙最快，甲最慢。因?yàn)榉磻?yīng)前后體積不變，而甲和丙中反應(yīng)物的濃度之比相同，所以其平衡是等效的，所以C不正確。根據(jù)方程式可知             H₂(g)+CO₂(g)  H₂O(g)+CO(g)

起始量（mol）                    0.010    0.010        0     0

轉(zhuǎn)化量（mol）                      x         x         x     x

平衡量（mol）                  0.010－x    0.010－x     x     x

所以，解得x＝0.006，即轉(zhuǎn)化率是60％。乙中最大氫氣的濃度，可以提高二氧化碳的轉(zhuǎn)化率。

（3）根據(jù)圖像可知該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)。充入He(g)，使體系壓強(qiáng)增大，則原體系的物質(zhì)的濃度將減小，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)。降低生成物水的濃度，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，c (CH₃OH)增大。若再充入1mol CO₂和3mol H₂，相當(dāng)于增大體系的壓強(qiáng)，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，c (CH₃OH)增大。在溫度T₂時(shí)，當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，測(cè)得n(CO₂) = 0.82 mol，則此時(shí)n(H₂) =2.46 mol.因?yàn)榉磻?yīng)放熱，溫度越高氫氣的物質(zhì)的量越多，所以T₂大于T₁。

（4）根據(jù)蓋斯定律和燃燒熱的熱化學(xué)方程式可以得到CO₂、H₂合成CH₃OH和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式。在反應(yīng)中消耗二氧化碳，所以可以降低溫室效應(yīng)，同時(shí)生成甲醇可以彌補(bǔ)資源短缺。因?yàn)椤鱄＞0、△S＜0，所以該反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行。