Question

研究和開發(fā)CO₂和CO的創(chuàng)新利用是環(huán)境保護(hù)和資源利用的雙贏的課題．
（1）CO可用于合成甲醇．在壓強(qiáng)為0.1Mpa條件下，在體積為bL的密閉容器中充入amolCO和2amolH₂，在催化劑作用下合成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）平衡時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率與溫度，壓強(qiáng)的關(guān)系如圖：

（i）該反應(yīng)屬于

 

反應(yīng)：（填“吸熱”或“放熱”）．
（ii）100℃時(shí)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)：K=

 

；（用a、b的代數(shù)式表示）．若一個(gè)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)生將在很短時(shí)間內(nèi)完成；
c．該反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)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amolCO，2amolH₂，達(dá)到平衡時(shí)CO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2.5molCO，7.5molH₂，反應(yīng)生成CH₃OH（g），達(dá)到平衡時(shí)，CO轉(zhuǎn)化率為90%，此時(shí)容器內(nèi)壓強(qiáng)為開始時(shí)的壓強(qiáng)

 

倍．
（2）某溫度條件下，若將CO₂（g）和H₂（g）以體積比1：4混合，在適當(dāng)壓強(qiáng)和催化劑作用下可制得甲烷，已知：
CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890.3KJ/mol
H₂（g）+

1

2

O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.8KJ/mol
則CO₂（g）和H₂（g）反應(yīng)生成液態(tài)水的熱化學(xué)方程式為：

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)平衡常數(shù)的含義,用蓋斯定律進(jìn)行有關(guān)反應(yīng)熱的計(jì)算,化學(xué)平衡的影響因素

專題：化學(xué)反應(yīng)中的能量變化,化學(xué)平衡專題

分析：（1）（i）由圖可知，壓強(qiáng)一定時(shí)，隨溫度升高，CO的轉(zhuǎn)化率降低，故升高溫度平衡向逆反應(yīng)移動，據(jù)此判斷；
（ii）化學(xué)平衡常數(shù)K=

c(CH3OH)

c(CO)c2(H2)

，根據(jù)CO的轉(zhuǎn)化率，利用三段式計(jì)算出平衡時(shí)各組分的物質(zhì)的量，進(jìn)而求出平衡時(shí)各組分的濃度，代入平衡常數(shù)計(jì)算；
可逆反應(yīng)的平衡常數(shù)越大，說明反應(yīng)進(jìn)行的程度越大，不能說明反應(yīng)速率快慢、不能說明該反應(yīng)在通常條件下一定可以發(fā)生、不能說明反應(yīng)是吸熱還是放熱；
（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（g）、2a mol H₂（g），等效為在原平衡的基礎(chǔ)上增大一倍壓強(qiáng)，平衡向正反應(yīng)移動；
化學(xué)平衡常數(shù)只受溫度影響，與濃度無關(guān)，溫度不變，平衡常數(shù)不變；
（iv）計(jì)算參加反應(yīng)的CO的物質(zhì)的量，利用差量法計(jì)算平衡時(shí)反應(yīng)混合物的物質(zhì)的量變化量，進(jìn)而計(jì)算平衡時(shí)總的物質(zhì)的量，利用恒溫恒容下，壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比解答；
（2）根據(jù)蓋斯定律書寫目標(biāo)熱化學(xué)方程式；

解答： 解：（1）（i）由圖可知，壓強(qiáng)一定時(shí)，隨溫度升高，CO的轉(zhuǎn)化率降低，故升高溫度平衡向逆反應(yīng)移動，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)；
故答案為：放熱；
（ii）100℃，平衡時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率為0.5，所以參加反應(yīng)的CO的物質(zhì)的量為0.5amol．
           CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）；
開始（mol）：a       2a               0      
變化（mol）：0.5a     a               0.5a
平衡（mol）：0.5a     a               0.5a
所以平衡時(shí)，CO的濃度為

0.5amol

bL

=

a

2b

mol/L，H₂的濃度為

a

b

=mol/L，CH₃OH的濃度為

0.5amol

bL

=

a

2b

mol/L，100℃時(shí)該反應(yīng)的平衡常數(shù)k═

a 2b

a 2b ( a b )2

=

b2

a2

，
a．可逆反應(yīng)的平衡常數(shù)很大，說明反應(yīng)進(jìn)行的程度很大，不能說明該反應(yīng)在通常條件下一定可以發(fā)生，該反應(yīng)可能需要催化劑才可以進(jìn)行，故a錯(cuò)誤；
b．可逆反應(yīng)的平衡常數(shù)很大，說明反應(yīng)進(jìn)行的程度很大，不能說明該條件下反應(yīng)速率很快，故b錯(cuò)誤；
c．可逆反應(yīng)的平衡常數(shù)很大，說明反應(yīng)進(jìn)行的程度很大，反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)至少有一種反應(yīng)物的百分含量很小，故c正確；
d．可逆反應(yīng)的平衡常數(shù)很大，說明反應(yīng)進(jìn)行的程度很大，不能說明該反應(yīng)是吸熱還是放熱，故d錯(cuò)誤，
故答案為：

b2

a2

，c；
（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（g）、2a mol H₂（g），等效為在原平衡的基礎(chǔ)上增大一倍壓強(qiáng)，平衡向正反應(yīng)移動，CO的轉(zhuǎn)化率增大，化學(xué)平衡常數(shù)只受溫度影響，與濃度無關(guān)，溫度不變，平衡常數(shù)不變，
故答案為：增大；不變；
（iv）參加反應(yīng)的CO的物質(zhì)的量為2.5mol×90%=2.25mol，則：
CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）  物質(zhì)的量減少△n
1                               2
2.25mol                         4.5mol
故平衡時(shí)總的物質(zhì)的量為2.5mol+7.5mol-4.5mol=5.5mol，恒溫恒容下壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比，故平衡時(shí)容器內(nèi)壓強(qiáng)為開始時(shí)壓強(qiáng)的

5，5mol

2.5mol+7.5mol

=0.55倍，
故答案為：0.55；
（2）已知：①CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H₁=-890.3kJ?mol^-1
②H₂（g）+

1

2

O₂（g）═H₂O（l）△H₂=-285.8kJ?mol^-1，
利用蓋斯定律，將②×4-①可得：CO₂（g）+4H₂（g）=CH₄（g）+2H₂O（l）△H=4×（-285.8kJ?mol^-1）-（-890.3kJ?mol^-1）=-252.9kJ?mol^-1，
故答案為：CO₂（g）+4H₂（g）=CH₄（g）+2H₂O（l）△H=-252.9kJ?mol^-1；

點(diǎn)評：本題考查化學(xué)平衡圖象、化學(xué)平衡有關(guān)計(jì)算、化學(xué)平衡常數(shù)、影響化學(xué)平衡的因素、熱化學(xué)方程式書寫，是對知識的綜合運(yùn)用，應(yīng)加強(qiáng)平時(shí)知識的積累，難度中等．