Question

【题目】“低碳循环”引起各国的高度重视，已知煤，甲烷等可以与水蒸气反应生成以CO 和H2为主的合成气，合成气有广泛应用。试回答下列问题：

（1）高炉炼铁是CO气体的重要用途之一，其基本反应为：FeO(s)＋CO(g)Fe(s)＋CO2(g) ΔH＞0。已知在1100℃时，该反应的化学平衡常数K=0.263。

①温度升高，化学平衡移动后达到新的平衡，此时平衡常数K值________(填“增大”、“减小”或“不变”)；

②1100℃时测得高炉中，c(CO2)=0.025 mol·L-1，c(CO)=0.1 mol·L-1，则在这种情况下，该反应向_______进行(填“左”或“右”)，判断依据是________________________。

（2）目前工业上也可用CO2来生产燃料甲醇，有关反应为：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH＝－49.0 kJ·mol-1，现向体积为1 L的密闭容器中，充入1mol CO2和3 mol H2，反应过程中测得CO2和CH3OH(g)的浓度随时间的变化如图所示。

①从反应开始到平衡，氢气的平均反应速率v(H2)＝________。

②反应达到平衡后，下列措施能使增大的是____________(填符号)。

A．升高温度B．再充入H2 C．再充入CO2D．将H2O(g)从体系中分离 E．充入He(g)

①CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) △H = +206.4 kJ·mol-1

②CO(g)+ H2O(g)CO2(g) +H2(g) △H = -41.2 kJ·mol-1

对于反应①，一定可以提高平衡体系中H2百分含量，又能加快反应速率的是____________。

a.升高温度 b.增大水蒸气浓度 c.加入催化剂 d.降低压强

利用反应②，将CO进一步转化，可提高H2产量。若1molCO和H2的混合气体（CO的体积分数为20%)与H2O反应，得到1.18mol CO、CO2和H2的混合气体，则CO转化率为 ____________。

Answer 1

【答案】 增大 右（ 因为[CO2]/[CO]=0.25<0.263 0.225 mol·L-1·min-1 B、D a 90%

【解析】（1）①因为炼铁反应为吸热反应，升高温度，平衡常数增大。

②FeO(s)＋CO(g)Fe(s)＋CO2(g) ΔH＞0，在1100 ℃时的平衡常数为0.263，此时Qc=c(CO2)/c(CO)=0.025 mol·L－1/0.1 mol·L－1=0.25<0.263，说明反应没有达到平衡，反应向右进行。

（2）①根据反应过程中CO2的浓度变化可知，从反应开始到达平衡，CO2的浓度变化为0.75 mol·L－1，所以H2的浓度变化为3×0.75 mol·L－1=2.25 mol·L－1，H2的反应速率为2.25 mol·L－1/10 min=0.225 mol·L－1·min－1。
②使增大，需要使平衡向正反应方向移动，升高温度，平衡向逆反应方向移动，A错；再充入H2，CH3OH的浓度增大，CO2浓度减小，比值增大，B对；再充入CO2，CO2的转化率减小，CO2浓度增大，CH3OH浓度虽然增大，但是不如CO2浓度增大的多，比值减小，C错；将H2O(g)从体系中分离出来，平衡向右移动，CH3OH浓度增大，CO2浓度减小，比值增大，D对；充入He对平衡无影响，比值不变，E错。

（3）反应①CH4（g）+H2O（g）CO2（g）+3H2（g）△H=+206.4 kJ?mol-1，是气体体积增大的吸热反应，一定可以提高平衡体系中H2百分含量，说明平衡正向进行，又能加快反应速率，说明影响反应速率的条件可以是升温、加压、增大浓度等，分析反应特征可知反应正向进行且反应速率增大的只有升温平衡向吸热反应进行，平衡正向进行反应速率增大；a．反应是吸热反应，升高温度，反应速率增大，平衡正向进行，平衡体系中H2百分含量增大，故a符合；b．增大水蒸气浓度，平衡正向进行，反应速率增大，但平衡体系中H2百分含量不一定增大，故b不符合；c．加入催化剂，改变反应速率不改变化学平衡，反应速率增大，氢气百分含量不变，故c不符合；d．降低压强，反应速率减小，平衡逆向进行，氢气百分含量减小，故d不符合；故选a；

利用反应②，将CO进一步转化，可提高H2产量，若1mol CO和H2的混合气体（CO的体积分数为20%）中 CO为0.2mol，H2的物质的量为0.8mol，与H2O反应，得到1.18mol CO、CO2和H2的混合气体，依据反应前后气体体积不变，增加的部分应该是起始的水蒸气的物质的量为0.18mol，设转化的一氧化碳的物质的量为x，依据化学平衡三段式列式计算
CO（g）+H2O（g）CO2（g）+H2（g）△H=-41.2 kJ?mol-1
起始量（mol） 0.2 0.18+x 0 0.8
变化量（mol） x x x x
平衡量（mol）0.2-x 0.18 x x+0.8
则0.2-x+x+x+0.8=1.18，x=0.18，则CO转化率为0.18mol/0.2mol×100%=90%，故答案为：90%；