Question

14．CO、CO₂是重要的工業(yè)原料，在工業(yè)上有著廣泛的用途．
（1）已知相關反應的能量變化如圖1所示．
    則用CH₄（g）和H₂O（g）反應制得H₂（g）和CO（g）的熱化學反應方程為CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g）△H=+171.1KJ/mol．
（2）在一容積可變的密閉容器中，1molCO與2molH₂發(fā)生反應：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁＜0，
CO在不同溫度下的平衡轉化率（α）與壓強（p）的關系如圖2所示
①a、b兩點H₂的反應速率：v（a）＜v（b）（填“＞”、“＜”、“=”）
②相同壓強下，CO的轉化率先達到0.5的是T₂（填“T₁”或“T₂ ），原因是該反應為放熱反應，圖象可知T₁＜T₂ 溫度越高反應速率越快，故T₂溫度下CO轉化率達到0.5時所用時間更短．
③在T₁點溫度下，下列敘述不能說明上述反應能達到化學平衡狀態(tài)的是ad（填字母）
a．H₂的消耗速率是CH₃OH生成速率的2倍
b．CH₃OH的體積分數不再改變
c．混合氣體的密度不再改變
d．CO和CH₃OH的物質的量之和保持不變
④計算圖2中a點的平衡常數K_P=1.6×10^-11（Pa）^-2（用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓=總壓×物質的量分數）．

（3）氨氣和CO₂在一定條件下可合成尿素，其反應為：2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g） 
合成塔中氨碳比[$\frac{n（N{H}_{3}）}{n（C{O}_{2}）}$]與CO₂轉化率[α（CO₂）]的關系如圖3所示．則$\frac{n（N{H}_{3}）}{n（C{O}_{2}）}$應控制在4.0的理由是$\frac{n（N{H}_{3}）}{n（C{O}_{2}）}$控制在4.0時CO₂轉化率已經很高，而$\frac{n（N{H}_{3}）}{n（C{O}_{2}）}$在4.0后CO₂的轉化率無明顯增大．

Answer 1

分析 （1）依據圖象書寫熱化學方程式，由圖中數據可知：①CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H=-282.0 kJ•mol^-1，
②H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（g）△H=-241.8kJ•mol^-1，
③CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-836.3 kJ•mol^-1，
結合蓋斯定律計算③-①-②×3得到需熱化學方程式；
（2）①圖象分析可知a點和b點壓強b大于a，反應速率隨壓強增大而增大；
②相同壓強下，溫度越高CO的轉化率先達到0.5；
③在T₁點溫度下，CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁＜0，反應是氣體體積減小的放熱反應，反應達到平衡狀態(tài)的標志是正逆反應速率相同，個組分含量保持不變，及其衍生的各物理量不變是嗎反應達到平衡狀態(tài)，變量不變始判斷依據；
④圖2中a點CO轉化率為0.5，依據化學平衡三段式列式計算，用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓=總壓×物質的量分數；
（3）$\frac{n（N{H}_{3}）}{n（C{O}_{2}）}$控制在4.0時CO₂轉化率已經很高，比值增大對二氧化碳轉化率越小不大．

解答 解：（1）由圖中數據可知：①CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H=-282.0 kJ•mol^-1，
②H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（g）△H=-241.8kJ•mol^-1，
③CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-836.3 kJ•mol^-1，
③-①-②×3得到：CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g）△H=+171.1KJ/mol，
故答案為：CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g）△H=+171.1KJ/mol；
（2）①圖象分析可知a點和b點壓強b大于a，反應速率隨壓強增大而增大，a、b兩點H₂的反應速率：v（a）＜v（b），
故答案為：＜；
②相同壓強下，溫度越高CO的轉化率先達到0.5，該反應為放熱反應，圖象可知T₁＜T₂ 溫度越高反應速率越快，故T₂溫度下CO轉化率達到0.5時所用時間更短，故答案為：T₂；該反應為放熱反應，圖象可知T₁＜T₂ 溫度越高反應速率越快，故T₂溫度下CO轉化率達到0.5時所用時間更短；
③在一容積可變的密閉容器中，1molCO與2molH₂發(fā)生反應：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁＜0，在T₁點溫度下，CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁＜0，反應是氣體體積減小的放熱反應，
a．H₂的消耗速率是CH₃OH生成速率的2倍，只能說明正向進行，不能說明達到平衡狀態(tài)，故a符合；
b．CH₃OH的體積分數不再改變是化學平衡的標志，故b不符合；
c．反應前后氣體質量不變，在一容積可變的密閉容器中，混合氣體的密度不再改變，能說明反應達到平衡狀態(tài)，故c不符合
d．化學方程式中一氧化碳和甲醇物質的量之比相同，CO和CH₃OH的物質的量之和保持不變，不能說明反應達到平衡狀態(tài)，故d符合；
故答案為：ad；
④圖2中a點CO轉化率為0.5，總壓強為0.5×10⁶Pa，依據化學平衡三段式列式計算，
                         CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol）     1              2                 0
變化量（mol）    0.5            1                 0.5
平衡鋁（mol）    0.5            1                 0.5
用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓=總壓×物質的量分數，
平衡常數Kp=$\frac{P（C{H}_{3}OH）}{P（CO）{P}^{2}（{H}_{2}）}$═$\frac{0.5×1{0}^{6}×\frac{0.5}{0.5+1+0.5}}{0.5×1{0}^{6}×\frac{0.5}{0.5+1+0.5}×（0.5×1{0}^{6}×\frac{1}{0.5+1+0.5}）^{2}}$=1.6×10^-11Pa^-2，
故答案為：1.6×10^-11Pa^-2；
（3）圖象變化分析可知，$\frac{n（N{H}_{3}）}{n（C{O}_{2}）}$控制在4.0時CO₂轉化率已經很高，而$\frac{n（N{H}_{3}）}{n（C{O}_{2}）}$在4.0后CO₂的轉化率無明顯增大，
故答案為：$\frac{n（N{H}_{3}）}{n（C{O}_{2}）}$控制在4.0時CO₂轉化率已經很高，而$\frac{n（N{H}_{3}）}{n（C{O}_{2}）}$在4.0后CO₂的轉化率無明顯增大；

點評 本題考查了熱化學方程式書寫、化學反應速率和化學平衡的影響因素分析判斷、平衡常數計算和圖象變化的特征理解應用，掌握基礎是解題關鍵，題目難度中等．