Question

【題目】以氫為原料的工業(yè)生產工藝及氫的獲得是科技工作者研究的重要課題。

（1）工業(yè)生產中可利用H2還原CO2制備清潔能源甲醇。

①已知CO(g)和H2(g)的燃燒熱(△H)分別為-283.0kJ·mol-1、-285.8kJ·mol-1。由H2和CO生成甲醇的熱化學方程式為：2H2(g)+CO(g)= CH3OH(1)的△H=-91kJ·mol-1。則3H2(g)+CO2(g)=CH3OH(1)+H2O(1)的△H=____________kJ·mol-1。

②將一定量的CO2和H2充入到某恒容密閉容器中，測得在不同催化劑作用下，相同時間內CO2的轉化率如圖甲所示。

該反應在a點達到平衡狀態(tài)，a點轉化率比b點的高，其原因是____________。

（2）利用CO和H2O生產H2：CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)。將不同配比的CO(g)和H2O(g)分別通入體積為2L的恒容密閉容器中。有關數據如下表：

①該反應的正反應為________反應(填“吸熱”、“放熱”)。

②650℃時，下列敘述說明達到化學平衡狀態(tài)的是_____(填標號)

a．v(CO)：v(H2O)：v(H2)：v(CO2)=1：1：1：1

b．生成n mol CO2(g)的同時生成n mol H2O(g)

c．n mol CO斷裂的同時斷裂2n mol H—H

d．某時刻，n(CO)：n(H2O)：n(CO2)：n(H2)=6：1：4：4

③900℃時，達平衡時v(H2O)=_______mol·L-1·min-1。(結果保留兩位有效數字)

（3）利用工業(yè)廢氣中的H2S熱分解制H2：2H2S(g) 2H2(g)+S2(g)。現將0.2molH2S(g)通入某恒壓密閉容器中，起始壓強p0=aMPa，在不同溫度下測得H2S的平衡轉化率如圖乙所示，則T6℃時，該反應的Kp=________(用含a的代數式表示)。

Answer 1

【答案】－93.8 該反應為放熱反應，溫度升高，平衡逆向移動 放熱 bd 0.17 0.2a MPa

【解析】

（1）①根據CO(g)和H2(g)的燃燒熱(△H)分別為-283.0kJ·mol-1、-285.8kJ·mol-1，可寫出熱化學方程式，（1）CO(g)+1/2O2(g)= CO2(g) △H=-283.0kJ·mol-1（2）H2(g) +1/2O2(g)= H2O(1) △H=-285.8kJ·mol-1，題目已給（3）2H2(g)+CO(g)= CH3OH(1)的△H=-91kJ·mol-1，根據蓋斯定律，利用（2）+（3）-（1），可得3H2(g)+CO2(g)=CH3OH(1)+H2O(1) △H= －93.8 kJ·mol-1；

②由圖像可知催化劑I的催化效果最佳，該反應為放熱反應，溫度升高，平衡逆向移動，CO2的轉化率降低；

（2）①650℃時，根據三段式進行有關數據處理；

②判斷平衡狀態(tài)的標志是：正反應速率等于逆反應速率但不為零，各成分濃度保持不變；

③900℃時，結合CO的轉化率，根據三段式進行有關數據處理；

（3）發(fā)生2H2S(g) 2H2(g)+S2(g)反應，由圖像可知，溫度為T6℃時，H2S平衡轉化率為50%。

（1）①根據CO(g)和H2(g)的燃燒熱(△H)分別為-283.0kJ·mol-1、-285.8kJ·mol-1，可寫出熱化學方程式，（1）CO(g)+1/2O2(g)= CO2(g) △H=-283.0kJ·mol-1（2）H2(g) +1/2O2(g)= H2O(1) △H=-285.8kJ·mol-1，題目已給（3）2H2(g)+CO(g)= CH3OH(1)的△H=-91kJ·mol-1，根據蓋斯定律，利用（2）+（3）-（1），可得3H2(g)+CO2(g)=CH3OH(1)+H2O(1) △H= －93.8 kJ·mol-1，故答案為：－93.8；

②由圖像可知催化劑I的催化效果最佳，該反應為放熱反應，溫度升高，平衡逆向移動，CO2的轉化率降低；故答案為：該反應為放熱反應，溫度升高，平衡逆向移動；

（2）①650℃時，根據三段式進行有關數據處理：

CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)

起始/mol 4 2 0 0

轉化/mol 1.6 1.6 1.6 1.6

平衡/mol 2.4 0.4 1.6 1.6

故650℃時，CO的轉化率1.6/4=0.4>1/3,溫度升高，轉化率降低，故正反應為放熱反應，故答案為：放熱；

②判斷平衡狀態(tài)的標志是：正反應速率等于逆反應速率但不為零，各成分濃度保持不變；

a.應該是各成分濃度保持不變，故錯誤；

b.根據此反應CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)判斷，生成n mol CO2(g)，是正反應方向，生成n mol H2O(g)是逆反應方向，故能說明正反應速率等于逆反應速率但不為零，故正確；

c. 斷裂 n mol CO是正反應方向，斷裂2nmol H—H是逆反應方向，但是物質的量不符合系數比，故不能說明正反應速率等于逆反應速率，故錯誤；

d. 某時刻，n(CO)：n(H2O)：n(CO2)：n(H2)=6：1：4：4，能說明反應達到平衡狀態(tài)，故正確；

故選bd；

③900℃時，結合CO的轉化率，根據三段式進行有關數據處理：

CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)

起始/mol 3 2 0 0

轉化/mol 1 1 1 1

平衡/mol 2 1 1 1

v(H2O)=1 mol/（2L×3min）≈0.17mol·L-1·min-1

故答案為：0.17；

（3）發(fā)生2H2S(g) 2H2(g)+S2(g)反應，由圖像可知，溫度為T6℃時，H2S平衡轉化率為50%,故所消耗H2S的物質的量カ0.20mol×50%=0.1mol,剩余H2S的物質的量カ0.20mol-0.1 mol=0.1 mol，生成H2的物質的量為0.1mol,生成S2的物質的量為0.05 mol,則 p（H2S）=0.4aMPa,p（H2）= 0.4aMPa ，p（S2）=0.2aMPa ，

故平衡常數Kp=（0.4aMPa）2×0.2aMPa/（0.4aMPa）2=0.2a MPa；故答案為：0.2a MPa。