Question

14．（1）已知：①CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）△H=-41kJ•mol^-1
②C（s）+2H₂（g）?CH₄（g）△H=-73kJ•mol^-1
③2CO（g）?C（s）+CO₂（g）△H=-171kJ•mol^-1
則CO₂（g）+4H₂（g）═CH₄（g）+2H₂O（g）△H=-162kJ•mol^-1．
（2）其他條件相同時，CO和H₂按物質(zhì)的量比1：3進(jìn)行反應(yīng)：CO（g）+3H₂（g）?CH₄（g）+H₂O（g）
H₂的平衡轉(zhuǎn)化率在不同壓強(qiáng)下，隨溫度的變化如圖1所示．

①實際生產(chǎn)中采用圖中M點(diǎn)而不是N點(diǎn)對應(yīng)的反應(yīng)條件，運(yùn)用化學(xué)反應(yīng)速率和平衡知識，同時考慮生產(chǎn)實際，說明選擇該反應(yīng)條件的理由與N點(diǎn)條件相比，選用M點(diǎn)條件時，雖然H₂轉(zhuǎn)化率低些，但溫度較高，反應(yīng)速率較快，壓強(qiáng)為常壓對設(shè)備要求不高，綜合成本低．
②M點(diǎn)的平衡常數(shù)K_p=$\frac{\frac{0.9}{2.2}×1.01×1{0}^{5}×\frac{0.9}{2.2}×1.01×1{0}^{5}}{\frac{0.1}{2.2}×1.01×1{0}^{5}×（\frac{0.3}{2.2}×1.01×1{0}^{5}）^{3}}$．（只列算式．K_p的表達(dá)式是將平衡分壓代替平衡濃度．某物質(zhì)的平衡分壓=總壓×該物質(zhì)的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)）
（3）圖2表示在一定條件下的1L的密閉容器中，X、Y、C三種氣體因發(fā)生反應(yīng)，三種氣體的物質(zhì)的量隨時間的變化情況．下表是3molX和1molY在一定溫度和一定壓強(qiáng)下反應(yīng)，達(dá)到平衡時C的體積分?jǐn)?shù)（C%）．

壓強(qiáng)/Mpa C% 溫度/℃	0.1	10	20
200	15.3	81.5	86.4
300	2.2	a	64.2
400	0.4	25.1	38.2
500	0.1	10.6	19.1

①X、Y、C三種氣體發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為Y+3X?2C．
②表中a的取值范圍是25.1＜a＜64.2．
③根據(jù)上圖和上表分析，25min～40min內(nèi)圖中曲線發(fā)生變化的原因可能是縮小容器體積或增大壓強(qiáng)．

Answer 1

分析 （1）依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計算②+③-①×2 得到得到所需熱化學(xué)方程式；
（2）①依據(jù)熱化學(xué)方程式結(jié)合蓋斯定律計算得到熱化學(xué)方程式，CO（g）+3H₂（g）?CH₄（g）+H₂O（g），反應(yīng)是氣態(tài)體積減小反應(yīng)，結(jié)合影響化學(xué)反應(yīng)速率、催化劑活性、壓強(qiáng)對設(shè)備需求、經(jīng)濟(jì)效益分析；
②K_p的表達(dá)式是將平衡分壓代替平衡濃度．某物質(zhì)的平衡分壓=總壓×該物質(zhì)的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)；
（3）①圖象分析可知XY為反應(yīng)物，C為生成物，X物質(zhì)的量消耗3mol-9×0.25mol=0.75mol，Y消耗物質(zhì)的量=0.25mol，C生成物質(zhì)的量為0.5mol，物質(zhì)的量之比等于化學(xué)方程式計量數(shù)之比，據(jù)此寫出化學(xué)方程式；
②Y+3X?2C，反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)，定義一二法分析圖表中數(shù)據(jù)判斷，溫度一定C%隨壓強(qiáng)變化，壓強(qiáng)一定，溫度變化C%變化得到a的取值；
③25min～40min內(nèi)圖中曲線發(fā)生變化，XY減少速率增大，C增加速率增大，可能是增大壓強(qiáng)速率增大，平衡正向進(jìn)行，XY物質(zhì)的量減小，C物質(zhì)的量增加．

解答 解：（1）①CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）△H=-41kJ•mol^-1
②C（s）+2H₂（g）?CH₄（g）△H=-73kJ•mol^-1
③2CO（g）?C（s）+CO₂（g）△H=-171kJ•mol^-1
蓋斯定律計算②+③-①×2 得到CO₂（g）+4H₂（g）═CH₄（g）+2H₂O（g）△H=-162 kJ•mol^-1，
故答案為：-162 kJ•mol^-1；
（2）①依據(jù)蓋斯定律計算，
①CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）△H=-41kJ•mol^-1
②C（s）+2H₂（g）?CH₄（g）△H=-73kJ•mol^-1
③2CO（g）?C（s）+CO₂（g）△H=-171kJ•mol^-1
②+③-①得到CO（g）+3H₂（g）?CH₄（g）+H₂O（g），△H=-203KJ/mol
反應(yīng)是氣態(tài)體積減小的放熱反應(yīng)，低溫高壓促進(jìn)平衡正向進(jìn)行，圖象分析可知，與N點(diǎn)條件相比，選用M點(diǎn)條件時，雖然H₂轉(zhuǎn)化率低些，但溫度較高，反應(yīng)速率較快，壓強(qiáng)為常壓對設(shè)備要求不高，綜合成本低，
故答案為：與N點(diǎn)條件相比，選用M點(diǎn)條件時，雖然H₂轉(zhuǎn)化率低些，但溫度較高，反應(yīng)速率較快，壓強(qiáng)為常壓對設(shè)備要求不高，綜合成本低；     
②M點(diǎn)氫氣轉(zhuǎn)化率為90%，CO和H₂按物質(zhì)的量比1：3，設(shè)為1mol、3mol，結(jié)合化學(xué)反應(yīng)三行計算得到平衡物質(zhì)的量，計算物質(zhì)的平衡分壓=總壓×該物質(zhì)的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)，得到平衡常數(shù)，壓強(qiáng)為1.01×10⁵，
              CO（g）+3H₂（g）?CH₄（g）+H₂O（g）
起始量（mol）  1       3        0        0
變化量（mol）  0.9     2.7      0.9       0.9
平衡量（mol）  0.1     0.3      0.9       0.9
總物質(zhì)的量=2.2mol，
M點(diǎn)的平衡常數(shù)K_p=$\frac{\frac{0.9}{2.2}×1.01×1{0}^{5}×\frac{0.9}{2.2}×1.01×1{0}^{5}}{\frac{0.1}{2.2}×1.01×1{0}^{5}×（\frac{0.3}{2.2}×1.01×1{0}^{5}）^{3}}$
故答案為：$\frac{\frac{0.9}{2.2}×1.01×1{0}^{5}×\frac{0.9}{2.2}×1.01×1{0}^{5}}{\frac{0.1}{2.2}×1.01×1{0}^{5}×（\frac{0.3}{2.2}×1.01×1{0}^{5}）^{3}}$；
（3）①圖象分析可知XY為反應(yīng)物，C為生成物，X物質(zhì)的量消耗3mol-9×0.25mol=0.75mol，Y消耗物質(zhì)的量=0.25mol，C生成物質(zhì)的量為0.5mol，物質(zhì)的量之比等于化學(xué)方程式計量數(shù)之比，據(jù)此寫出化學(xué)方程式：Y+3X?2C，
故答案為：Y+3X?2C；
②Y+3X?2C，反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)，壓強(qiáng)一定，溫度升高C的體積分?jǐn)?shù)減小，說明正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，10Mpa，溫度升高平衡逆向進(jìn)行C體積分?jǐn)?shù)減小，a＞25.1，圖表中溫度一定壓強(qiáng)增大平衡正向進(jìn)行，a＜64.2，則a取值25.1＜a＜64.2，
故答案為：25.1＜a＜64.2；
③25min～40min內(nèi)圖中曲線發(fā)生變化，XY減少速率增大，C增加速率增大，可能是增大壓強(qiáng)速率增大，平衡正向進(jìn)行，XY物質(zhì)的量減小，C物質(zhì)的量增加，改變的條件是縮小容器體積或增大壓強(qiáng)，
故答案為：縮小容器體積或增大壓強(qiáng)．

點(diǎn)評 本題考查了化學(xué)反應(yīng)熱化學(xué)方程式和焓變的計算分析，平衡影響因素、平衡常數(shù)計算、圖象變化和數(shù)據(jù)變化的判斷，掌握基礎(chǔ)是解題關(guān)鍵，題目難度中等．