Question

【題目】反應(yīng)Fe（s）+CO2（g） FeO（s）+CO（g）的平衡常數(shù)為K1；反應(yīng)Fe（s）+H2O（g）FeO（s）+H2（g）的平衡常數(shù)為K2。在不同溫度時K1、K2的值如下表：

溫度（絕對溫度）	K1	K2
973	1.47	2.38
1173	2.15	1.67

（1）計算溫度為973K時，反應(yīng)CO2（g）+H2（g） CO（g）+H2O（g） K=__________；

（2）目前工業(yè)上有一種方法是用CO2來生產(chǎn)甲醇：CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)， 在體積為1 L的恒容密閉容器中，充入1 mol CO2和3 mol H2進(jìn)行反應(yīng)。

①該反應(yīng)能夠自發(fā)進(jìn)行的原因是___________________________。

②下列措施中能使c(CH3OH)增大的是________。

a．降低溫度 b．充入He(g)，使體系壓強增大

c．將H2O(g)從體系中分離出來 d．再充入1 mol CO2和3 mol H2

③在溫度T1時，當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時，測得n(H2)＝2.4 mol；其他條件不變，在溫度T2時，當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時，測得n(CO2)＝0.82 mol，則T2________T1(填“＞”、“＜”或“＝”)。

（3）某實驗將一定量的CO2和H2充入一定體積的密閉容器中，在兩種不同條件下發(fā)生反應(yīng)：CO2(g) ＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH＝－49.0 kJ·mol－1。測得CH3OH的物質(zhì)的量隨時間變化如下圖所示，回答問題：

①曲線I、Ⅱ對應(yīng)的平衡常數(shù)大小關(guān)系為KⅠ________KⅡ(填“＞”、“＜”或“＝”)。

②一定溫度下，在容積相同且固定的兩個密閉容器中，按如下方式投入反應(yīng)物，一段時間后達(dá)到平衡。

容器	甲	乙
反應(yīng)物 投入量	1 mol CO2、3 mol H2	a mol CO2、b mol H2、 c mol CH3OH(g)、c mol H2O(g)

若甲中平衡后氣體的壓強為開始時的0.8倍，要使平衡后乙與甲中相同組分的濃度相等，且起始時維持反應(yīng)逆向進(jìn)行，則c的取值范圍為________________ 。

Answer 1

【答案】0.62△H＜0acd＞＞0.4＜c≤1

【解析】

(1)①i．Fe(s)+CO2(g)FeO(s)+CO(g)，K1=，ii．Fe(s)+H2O(g)FeO(s)+H2(g)，K2=，方程式i-ii得CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)則K==，溫度為973K時：K==0.62，故答案為：0.62；

(2)①CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)，反應(yīng)的△S＜0，要使得反應(yīng)能夠自發(fā)進(jìn)行，需要△G=△H-T△S＜0，則△H＜0，故答案為：△H＜0；

②根據(jù)①的分析，CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g) △H＜0。a．降低溫度，平衡正向移動，c(CH3OH)增大，正確；b．充入He(g)，使體系壓強增大，平衡不移動，c(CH3OH)不變，錯誤；c．將H2O(g)從體系中分離出來，平衡正向移動，c(CH3OH)增大，正確；d．再充入1 mol CO2和3 mol H2，平衡正向移動，c(CH3OH)增大，正確；故選acd；

③在溫度T1時，當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時，測得n(H2)＝2.4 mol，根據(jù)方程式CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)，反應(yīng)0.6mol氫氣，同時反應(yīng)0.2mol二氧化碳，剩余二氧化碳0.8mol；其他條件不變，在溫度T2時，當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時，測得n(CO2)＝0.82 mol，說明平衡逆向移動，因此需要升高溫度，即T2＞T1，故答案為：＞；

(3)①根據(jù)圖像分析可知，先拐先平，Ⅱ溫度高，反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向進(jìn)行，平衡常數(shù)減小，所以K1＞K2，故答案為：＞；

②設(shè)反應(yīng)的二氧化碳的物質(zhì)的量為x

CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)

初始量(mol)：1 3 0 0

轉(zhuǎn)化量(mol)：x 3x x x

平衡量(mol)：1-x 3-3x x x

甲中平衡后氣體的壓強為開始時的0.8倍，即=0.8 ，解得x=0.4mol，依題意：甲、乙為等同平衡，且起始時維持反應(yīng)逆向進(jìn)行，所以全部由生成物投料，c= 1，c 的物質(zhì)的量不能低于平衡時的物質(zhì)的量0.4mol，所以c的范圍為：0.4＜n(c)≤1，故答案為：0.4＜c≤1。