Question

14．（1）已知：①CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）△H=-41kJ•mol^-1
②C（s）+2H₂（g）?CH₄（g）△H=-73kJ•mol^-1
③2CO（g）?C（s）+CO₂（g）△H=-171kJ•mol^-1
則CO₂（g）+4H₂（g）═CH₄（g）+2H₂O（g）△H=-162kJ•mol^-1．
（2）其他條件相同時，CO和H₂按物質的量比1：3進行反應：CO（g）+3H₂（g）?CH₄（g）+H₂O（g）
H₂的平衡轉化率在不同壓強下，隨溫度的變化如圖1所示．

①實際生產中采用圖中M點而不是N點對應的反應條件，運用化學反應速率和平衡知識，同時考慮生產實際，說明選擇該反應條件的理由與N點條件相比，選用M點條件時，雖然H₂轉化率低些，但溫度較高，反應速率較快，壓強為常壓對設備要求不高，綜合成本低．
②M點的平衡常數(shù)K_p=$\frac{\frac{0.9}{2.2}×1.01×1{0}^{5}×\frac{0.9}{2.2}×1.01×1{0}^{5}}{\frac{0.1}{2.2}×1.01×1{0}^{5}×（\frac{0.3}{2.2}×1.01×1{0}^{5}）^{3}}$．（只列算式．K_p的表達式是將平衡分壓代替平衡濃度．某物質的平衡分壓=總壓×該物質的物質的量分數(shù)）
（3）圖2表示在一定條件下的1L的密閉容器中，X、Y、C三種氣體因發(fā)生反應，三種氣體的物質的量隨時間的變化情況．下表是3molX和1molY在一定溫度和一定壓強下反應，達到平衡時C的體積分數(shù)（C%）．

壓強/Mpa C% 溫度/℃	0.1	10	20
200	15.3	81.5	86.4
300	2.2	a	64.2
400	0.4	25.1	38.2
500	0.1	10.6	19.1

①X、Y、C三種氣體發(fā)生反應的化學方程式為Y+3X?2C．
②表中a的取值范圍是25.1＜a＜64.2．
③根據(jù)上圖和上表分析，25min～40min內圖中曲線發(fā)生變化的原因可能是縮小容器體積或增大壓強．

Answer 1

分析 （1）依據(jù)熱化學方程式和蓋斯定律計算②+③-①×2 得到得到所需熱化學方程式；
（2）①依據(jù)熱化學方程式結合蓋斯定律計算得到熱化學方程式，CO（g）+3H₂（g）?CH₄（g）+H₂O（g），反應是氣態(tài)體積減小反應，結合影響化學反應速率、催化劑活性、壓強對設備需求、經濟效益分析；
②K_p的表達式是將平衡分壓代替平衡濃度．某物質的平衡分壓=總壓×該物質的物質的量分數(shù)；
（3）①圖象分析可知XY為反應物，C為生成物，X物質的量消耗3mol-9×0.25mol=0.75mol，Y消耗物質的量=0.25mol，C生成物質的量為0.5mol，物質的量之比等于化學方程式計量數(shù)之比，據(jù)此寫出化學方程式；
②Y+3X?2C，反應是氣體體積減小的反應，定義一二法分析圖表中數(shù)據(jù)判斷，溫度一定C%隨壓強變化，壓強一定，溫度變化C%變化得到a的取值；
③25min～40min內圖中曲線發(fā)生變化，XY減少速率增大，C增加速率增大，可能是增大壓強速率增大，平衡正向進行，XY物質的量減小，C物質的量增加．

解答 解：（1）①CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）△H=-41kJ•mol^-1
②C（s）+2H₂（g）?CH₄（g）△H=-73kJ•mol^-1
③2CO（g）?C（s）+CO₂（g）△H=-171kJ•mol^-1
蓋斯定律計算②+③-①×2 得到CO₂（g）+4H₂（g）═CH₄（g）+2H₂O（g）△H=-162 kJ•mol^-1，
故答案為：-162 kJ•mol^-1；
（2）①依據(jù)蓋斯定律計算，
①CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）△H=-41kJ•mol^-1
②C（s）+2H₂（g）?CH₄（g）△H=-73kJ•mol^-1
③2CO（g）?C（s）+CO₂（g）△H=-171kJ•mol^-1
②+③-①得到CO（g）+3H₂（g）?CH₄（g）+H₂O（g），△H=-203KJ/mol
反應是氣態(tài)體積減小的放熱反應，低溫高壓促進平衡正向進行，圖象分析可知，與N點條件相比，選用M點條件時，雖然H₂轉化率低些，但溫度較高，反應速率較快，壓強為常壓對設備要求不高，綜合成本低，
故答案為：與N點條件相比，選用M點條件時，雖然H₂轉化率低些，但溫度較高，反應速率較快，壓強為常壓對設備要求不高，綜合成本低；     
②M點氫氣轉化率為90%，CO和H₂按物質的量比1：3，設為1mol、3mol，結合化學反應三行計算得到平衡物質的量，計算物質的平衡分壓=總壓×該物質的物質的量分數(shù)，得到平衡常數(shù)，壓強為1.01×10⁵，
              CO（g）+3H₂（g）?CH₄（g）+H₂O（g）
起始量（mol）  1       3        0        0
變化量（mol）  0.9     2.7      0.9       0.9
平衡量（mol）  0.1     0.3      0.9       0.9
總物質的量=2.2mol，
M點的平衡常數(shù)K_p=$\frac{\frac{0.9}{2.2}×1.01×1{0}^{5}×\frac{0.9}{2.2}×1.01×1{0}^{5}}{\frac{0.1}{2.2}×1.01×1{0}^{5}×（\frac{0.3}{2.2}×1.01×1{0}^{5}）^{3}}$
故答案為：$\frac{\frac{0.9}{2.2}×1.01×1{0}^{5}×\frac{0.9}{2.2}×1.01×1{0}^{5}}{\frac{0.1}{2.2}×1.01×1{0}^{5}×（\frac{0.3}{2.2}×1.01×1{0}^{5}）^{3}}$；
（3）①圖象分析可知XY為反應物，C為生成物，X物質的量消耗3mol-9×0.25mol=0.75mol，Y消耗物質的量=0.25mol，C生成物質的量為0.5mol，物質的量之比等于化學方程式計量數(shù)之比，據(jù)此寫出化學方程式：Y+3X?2C，
故答案為：Y+3X?2C；
②Y+3X?2C，反應是氣體體積減小的反應，壓強一定，溫度升高C的體積分數(shù)減小，說明正反應為放熱反應，10Mpa，溫度升高平衡逆向進行C體積分數(shù)減小，a＞25.1，圖表中溫度一定壓強增大平衡正向進行，a＜64.2，則a取值25.1＜a＜64.2，
故答案為：25.1＜a＜64.2；
③25min～40min內圖中曲線發(fā)生變化，XY減少速率增大，C增加速率增大，可能是增大壓強速率增大，平衡正向進行，XY物質的量減小，C物質的量增加，改變的條件是縮小容器體積或增大壓強，
故答案為：縮小容器體積或增大壓強．

點評 本題考查了化學反應熱化學方程式和焓變的計算分析，平衡影響因素、平衡常數(shù)計算、圖象變化和數(shù)據(jù)變化的判斷，掌握基礎是解題關鍵，題目難度中等．