Question

17．研究表明豐富的CO₂完全可以作為新能源，解決當前應用最廣泛的碳源（石油和天然氣）到本世紀中葉將枯竭的危機，同時又可緩解由CO₂累積所產生的溫室效應，實現CO₂的良性循環(huán)．
（1）目前工業(yè)上有一種方法是用CO₂和H₂在230℃催化劑條件下生成甲醇蒸氣和水蒸氣．圖表示恒壓容器中0.5molCO₂和1.5molH₂轉化率達80%時的能量變化示意圖．
①能判斷該反應向正反應方向進行的是：B
A．v_正（H₂）=3v_逆（CH₃OH）
B．容器中混合氣體的密度變大
C．容器中壓強不變
D.2個C=O斷裂的同時有6個H-H形成
②上述反應其他條件保持不變，在恒容條件下進行，平衡時H₂的轉化率將變�。ㄌ睢白兇蟆薄白冃　被颉安蛔儭保�
③寫出上述反應的熱化學方程式：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49kJ•mol^-1
（2）將不同量的CO（g）和H₂O（g）分別通入到體積為2L的恒容密閉容器中，進行反應CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g），得到如下三組數據：

實驗組	溫度℃	起始量mol		平衡量mol		達平衡所需時間min
		CO	H2O	H2	CO
1	650	4	2	1.6	2.4	6
2	900	2	1	0.4	1.6	3
3	900	a	b	c	d	t

①該反應的△H＜ 0（填“＜”“＞”或“=”）
②實驗3中，若平衡時，CO的轉化率大于水蒸氣，則a/b的值：$\frac{1}{6}$（填具體值或取值范圍）
③實驗4，若900℃時，在此容器中加入CO、H₂O、CO₂、H₂均為2mol，則此時v_正＜v_逆（填“＜”“＞”或“=”）
（3）甲醇在一定條件下能轉化為甲醛，碘量滴定法是測定甲醛的化學方法之一，其原理是在堿性介質（NaOH）中，碘轉化為次碘酸鈉和碘化鈉，后將溶液中游離的甲醛氧化為甲酸鈉，經適當酸化后，剩余的次碘酸鈉和碘化鈉又生成碘，上述過程中甲醛參與的化學反應的離子方程式為：HCHO+IO^-+OH^-=HCOO^-+I^-+H₂O．

Answer 1

分析 （1）由反應方程式：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O可知；
①A．v_正（H₂）=3v_正（CH₃OH）=3v_逆（CH₃OH），達平衡狀態(tài)；
B．容器中混合氣體的密度變大，說明平均摩爾質量變大，平衡正向移動；
C．容器中壓強不變，說明各物質的量不變，反應達平衡狀態(tài)；
D.2個C=O斷裂的同時有6個H-H生成，說明正逆反應速率相等，反應達到平衡狀態(tài)；
②上述反應其他條件保持不變，在恒容條件下進行，相當在恒壓的基礎上減小壓強，平衡逆向移動，H₂的轉化率將變��；
③根據圖1可知0.5mol CO₂和1.5mol H₂轉化率達80%時放熱23-3.4=19.6KJ，然后按比例計算：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）的△H得出該反應的熱化學方程式；
（2）①650℃時，CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），
   開始（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
所以K=$\frac{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$=$\frac{0.8×0.8}{1.2×0.2}$=2.67；
900℃時，CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），
開始（mol）：2       1        0       0
轉化（mol）：0.4     0.4      0.4     0.4
平衡（mol）：1.6     0.6      0.4     0.4
由于反應前后氣體的體積不變，用物質的量代替濃度計算平衡常數，故平衡常數K=$\frac{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$=$\frac{0.4×0.4}{1.6×0.6}$=$\frac{1}{6}$，平衡常數減小，說明正反應是放熱反應；
②根據方程式可知，參加反應CO、水的物質的量相等，結合CO的轉化率大于水蒸氣的轉化率判斷；
③利用三段式計算平衡時各組分物質的量，由于反應前后氣體的體積不變，用物質的量代替濃度代入平衡常數表達式K=$\frac{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$計算，由于反應前后氣體的體積不變，用物質的量代替濃度計算產生的濃度商Qc，與平衡常數相比，判斷反應進行方向，進而判斷v（正）、v（逆）的相對大��；
（3）甲醛被氧化成甲酸，而碘酸根被還原成碘離子，所以離子方程式為：HCHO+IO^-+OH^-=HCOO^-+I^-+H₂O．

解答 解：（1）由反應方程式：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O可知；
①A．v_正（H₂）=3v_正（CH₃OH）=3v_逆（CH₃OH），達平衡狀態(tài)，故不符合；
B．容器中混合氣體的密度變大，說明平均摩爾質量變大，平衡正向移動，故符合；
C．容器中壓強不變，說明各物質的量不變，反應達平衡狀態(tài)，故不符合；
D.2個C=O斷裂的同時有6個H-H生成，說明正逆反應速率相等，反應達到平衡狀態(tài)，故不符合；
故選B．
②上述反應其他條件保持不變，在恒容條件下進行，相當在恒壓的基礎上減小壓強，平衡逆向移動，H₂的轉化率將變小，故答案為：變小；
③根據圖1可知0.5mol CO₂和1.5mol H₂轉化率達80%時放熱23-3.4=19.6KJ，則該反應的熱化學方程式：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-$\frac{19.6mol}{80%}$×2=-49kJ•mol^-1，故答案為：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49 kJ•mol^-1；
（2）①650℃時，CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），
   開始（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
所以K=$\frac{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$=$\frac{0.8×0.8}{1.2×0.2}$=2.67；
900℃時，CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），
開始（mol）：2       1        0       0
轉化（mol）：0.4     0.4      0.4     0.4
平衡（mol）：1.6     0.6      0.4     0.4
由于反應前后氣體的體積不變，用物質的量代替濃度計算平衡常數，故平衡常數K=$\frac{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$=$\frac{0.4×0.4}{1.6×0.6}$=$\frac{1}{6}$，所以升高溫度平衡常數減小，所以正反應是放熱反應，即△H＜0，故答案為：＜；
②根據方程式可知，參加反應CO、水的物質的量相等，令其物質的量均為x，CO的轉化率大于水蒸氣的轉化率，則$\frac{x}{a}$＞$\frac{x}$，且a、b均不為0，整理得0＜$\frac{a}$＜1，
故答案為：0＜$\frac{a}$＜1；
③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），
開始（mol）：2       1        0       0
轉化（mol）：0.4     0.4      0.4     0.4
平衡（mol）：1.6     0.6      0.4     0.4
由于反應前后氣體的體積不變，用物質的量代替濃度計算平衡常數，故平衡常數K=$\frac{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$=$\frac{0.4×0.4}{1.6×0.6}$=$\frac{1}{6}$，
若900℃時，在此容器中加入CO、H₂O、CO₂、H₂均為2mol時，濃度均為1mol/L，此時濃度商Qc=$\frac{1×1}{1×1}$=1＜K=$\frac{1}{6}$，故反應向逆反應進行，則此時v（正）＜v（逆），
故答案為：＜；
（3）甲醛被氧化成甲酸，而碘酸根被還原成碘離子，所以離子方程式為：HCHO+IO^-+OH^-=HCOO^-+I^-+H₂O，故答案為：HCHO+IO^-+OH^-=HCOO^-+I^-+H₂O．

點評 本題屬于拼合型題目，涉及化學平衡進行方向的判斷、化學平衡計算、平衡常數計算及應用、熱化學方程式書寫等，化學平衡常數的計算及應用是近幾年高考�？贾�識點，是學生綜合能力的考查，難度中等．