Question

“洁净煤技术”研究在世界上相当普遍，科研人员通过向地下煤层气化炉中交替鼓入空气和水蒸气的方法，连续产出了热值高达122500~16000 kJ·m^-3的煤炭气，其主要成分是CO和H₂。CO和H₂可作为能源和化工原料，应用十分广泛。
（1）已知：C(s)+O₂(g)=CO₂(g)   ΔH₁＝—393.5 kJ·mol^-1  ①
2H₂(g)+O₂(g)=2H₂O(g)  ΔH₂＝—483.6 kJ·mol^-1  ②
C(s)+H₂O(g)=CO(g)+H₂(g) ΔH₃＝＋131.3 kJ·mol^-1  ③
则反应CO(g)+H₂(g) +O₂(g)= H₂O(g)+CO₂(g)，ΔH=     kJ·mol^-1。标准状况下的煤炭气（CO、H₂）33.6 L与氧气完全反应生成CO₂和H₂O，反应过程中转移   mol e^-。
（2）密闭容器中充有10 mol CO与20 mol H₂，在催化剂作用下反应生成甲醇：CO(g)+2H₂(g) CH₃OH(g)；CO的平衡转化率（α）与温度、压强的关系如图所示。

①若A、B两点表示在某时刻达到的平衡状态，此时在A点时容器的体积为V_AL，则该温度下的平衡常数K=                  ；A、B两点时容器中物质的物质的量之比为n(A)_总：n(B)_总=     。
②若A、C两点都表示达到的平衡状态，则自反应开始到达平衡状态所需的时间t_A     t_C（填“大于”、“小于”或“等于”）。
③在不改变反应物用量的情况下，为提高CO的转化率可采取的措施是       。
A.降温     B.加压     C.使用催化剂    D.将甲醇从混合体系中分离出来

Answer 1

（1）-524.83kJ?mol^-1   3mol（2）①V_A²/100    5:4  ②大于  ③ABD

试题分析：（1）根据①C(s)+O₂(g)═CO₂（g）△H₁=-393.5kJ?mol^-1；②2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H₂=-483.6kJ?mol^-1；③C（s）+H₂O（g）═CO（g）+H₂（g）△H₃=+131.3kJ?mol^-1三个热化学方程式，利用盖斯定律，将①-③可得反应CO(g)+H₂(g)+O₂（g）═H₂O(g)+CO₂(g)；△H=-393.5kJ?mol^-1-131.3kJ?mol^-1=-524.83kJ?mol^-1；CO、H₂与氧气反应的方程式分别为：2CO+O₂2CO₂；2H₂+O₂2H₂O，从方程式可以看出相同物质的量的CO、H₂燃烧转移的电子数目相等，所以标准状况下CO、H₂33.6L与氧气反应生成CO₂和H₂O转移的电子的物质的量为：﹛(33.6L)/(22.4L/mol)﹜×2=3mol。（2）①根据图象可以看出，A点时CO的转化率为50%，则平衡时各物质的量浓度为：c(CO)=（5mol/L）/V_A；c(H₂)=(10mol/L)/V_A；c（CH₃OH）=(5mol/L）/V_A；所以平衡常数为=c(CH₃OH)/c(CO)×c²(H₂)＝[(5mol/L）/V_A]/[(5mol/L）/V_A]·[(10mol/L)/V_A]²＝V_A²/100；根据图象可以看出，A点时CO的转化率为50%，故平衡时CO、H₂、CH₃OH的物质的量分别为5mol、10mol、5mol，根据图象可以看出，A点时CO的转化率为70%，故平衡时CO、H₂、CH₃OH的物质的量分别为3mol、6mol、7mol，A、B两点时容器中物质的物质的量之比为n(A)_总：n(B)_总=20:16=5:4 ②升高温度，反应速率增大，反应开始到达平衡状态所需的时间要少，所以反应开始到达平衡状态所需的时间t_A 大于t_C；③提高转化率应使平衡向正反应方向移动，根据反应方程式的特征可明显判断出可采取的措施为：降温、加压，将甲醇从混合体系中分离出来，故答案为：降温、加压，将甲醇从混合体系中分离出来。