Question

【題目】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0.1 MPa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(zhuǎn)化率與溫度、壓強的關(guān)系如下圖：

(ⅰ)該反應(yīng)屬于___________反應(yīng)(填“吸熱”或“放熱”)。

(ⅱ)100 ℃時，若一個可逆反應(yīng)的平衡常數(shù)K值很大，對此反應(yīng)的說法正確的是___________(填序號)。

a．該反應(yīng)使用催化劑意義不大

b．該反應(yīng)發(fā)生將在很短的時間內(nèi)完成

c．該反應(yīng)達到平衡時至少有一種反應(yīng)物百分含量很小

d．該反應(yīng)一定是放熱反應(yīng)

(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(zhuǎn)化率___________(填“增大”、“不變”或“減小”，下同)，平衡常數(shù)___________。

(ⅳ)在某溫度下，向一容積不變的密閉容器中充入2.5 mol CO、7.5 mol H2，反應(yīng)生成CH3OH(g)達到平衡時，CO的轉(zhuǎn)化率為90%，此時容器內(nèi)壓強為開始時壓強的___________倍。

(2)某溫度下，若將CO2(g)和H2(g)以體積比1∶4混合，在適當(dāng)壓強和催化劑作用下可制得甲烷，已知：

CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l) ΔH＝－890.3 kJ·mol－1

H2(g)＋1/2O2(g)===H2O(l) ΔH＝－285.8 kJ·mol－1

則CO2(g)和H2(g)反應(yīng)生成甲烷和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式為____________________。

Answer 1

【答案】(1)(ⅰ)放熱 ；(ⅱ) c； (ⅲ)增大，不變 ；(ⅳ)0.55；

(2)CO2(g)＋4H2(g)===CH4(g)＋2H2O(l) ΔH＝－252.9 kJ·mol－1。

【解析】

試題分析：(1)(i)根據(jù)圖像，隨著溫度的升高，CO的轉(zhuǎn)化率降低，說明反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進行，根據(jù)勒夏特列原理，正反應(yīng)方向是放熱反應(yīng)；（ii）a、通常狀況下，有可能不反應(yīng)，使用催化劑才能反應(yīng)，故錯誤；b、短時間完成，說明反應(yīng)速率快，化學(xué)平衡常數(shù)跟化學(xué)平衡有關(guān)，故錯誤；c、反應(yīng)平衡常數(shù)很大，說明反應(yīng)進行程度很大，反應(yīng)達到平衡，反應(yīng)物至少有一種反應(yīng)物百分含量很小，故正確；d、化學(xué)平衡常數(shù)只受溫度影響，100℃時化學(xué)平衡常數(shù)很大，說明升高溫度，平衡向正反應(yīng)方向移動，即為吸熱反應(yīng)，故錯誤；(iii)相當(dāng)于在原來的基礎(chǔ)上增大壓強，增大壓強平衡向正反應(yīng)方向移動，CO的轉(zhuǎn)化率增大，但平衡常數(shù)不變，因為它只受溫度的影響；(iv)壓強之比等于物質(zhì)的量之比，消耗1molCO，物質(zhì)的量減少2mol，減少CO：2.5×90%mol=2.25mol，物質(zhì)的量減少2×2.25mol=4.5mol，則反應(yīng)后總物質(zhì)的量為(10－4.5)mol=5.5mol，反應(yīng)后的壓強是反應(yīng)壓強的0.55倍；(2)①CH4(g)＋2O2(g)=CO2(g)＋2H2O(l)，②H2(g)＋1/2O2(g)=H2O(l) ，4×②－①得出△H=(4×－285.8＋890.3)kJ·mol－1=－252.9kJ·mol－1，CO2(g)＋4H2(g)===CH4(g)＋2H2O(l) ΔH＝－252.9 kJ·mol－1。