Question

以煤为原料，经化学加工使煤转化为气体、液体、固体燃料以及各种化工产品的工业叫煤化工．
（1）将水蒸气通过红热的碳即可产生水煤气．反应为：C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）△H=+131.3kJ?mo1^-1
①该反应在高温下______自发进行（填“能”或“不能”）
②恒温下，在容积不变的密闭容器中，进行如上可逆反应．一段时间后，下列物理量不发生变化时，能表明该反应已达到平衡状态的是：______．
Ⅰ混合气体的密度；Ⅱ容器内气体的压强；Ⅲ混合气体的总物质的量，ⅣCO物质的量浓度
A．只有Ⅳ．
B只有Ⅰ和Ⅳ
C．只有Ⅱ和Ⅲ
D．只有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ
（2）水煤气再进一步反应可制取氢气．反应为H₂O（g）+CO（g）?H₂（g）+CO₂（g），某温度下该反应的平衡常数K=4/9．该温度下在甲、乙、丙三个恒温密闭容器中，只投入H₂（g）和CO₂（g），其起始浓度下表所示．下列判断不正确的是______

起始浓度	甲	乙	丙
c（H2）/mo1/L	0.010	0.020	0.020
c（CO2）/moI/L	0.010	0.010	0.020

A．反应开始时，丙中的反应速率最快，甲中的反应最慢
B．平衡时甲中和丙中的H₂的转化率均是60%
C．平衡时，丙中的c（CO₂）是甲中的2倍，是0.102mol/L
D．平衡时，乙中的CO₂的转化率大于60%
（3）目前工业上有一种方法是用CO₂来制取甲醇．一定条件下发生反应：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），下图表示该反应进行过程中能量的变化．在体积为1L的恒容密闭容器中，冲入1mo1CO₂和3mo1H₂反
①下列措施中能使平衡混合物中c（CH₃OH））增大的是______
A．升高温度
B．冲入He（g）使体系压强增大
C．将H₂O（g）从体系中分离出来
D．再冲入1mo1CO₂和3mo1H₂
②在温度T₁时，当反应达到平衡时，测得n（H₂）=2.4mo1；其他条件不变，在温度T₂时，当反应达到平衡时，测得n（CO₂）=0.82mol，则得T₁______T₂（填“＞”、“＜”或“=”）
（4）在一定条件下科学家从烟道气中分离出CO₂与太阳能电池电解水产生的H₂合成甲醇（常温下为液体）．CH₃OH、H₂的燃烧热分别为：△H=-725.5kJ/mo1、△H=-285.5kJmo1
①写出工业上以CO₂、H₂合成CH₃OH和液态水的热化学方程式：______
②该转化的积极意义是______
有人提出，可以设计反应CO₂=C+O₂（△H＞0、△S＜0）来消除CO₂对环境的影响．请你判断是否可行并说出理由：______．

Answer 1

【答案】分析：（1）①该反应为熵增大，焓增大的反应，由△G=△H-T△S判断；
②根据达到平衡时的特征“等”、“定”结合反应方程式的特征判断是否达到平衡状态；
（2）反应H₂O（g）+CO（g）?H（g）+CO₂（g）中，反应物和生成物的体积相等，压强对平衡移动无影响，从等效平衡的角度结合浓度对平衡的影响分析；
（3）①使平衡混合物中c（CH₃OH））增大，应使平衡向正反应方向移动；
②反应为放热反应，升高温度平衡向逆反应方向移动；
（4）①利用盖斯定律计算反应热，并书写热化学方程式；
②根据△G=△H-T△S判断反应能否自发进行．
解答：解：（1）该反应为熵增大，焓增大的反应，由△G=△H-T△S，△G＜0反应可自发进行，可知该反应在高温时可以自发进行，常温下难以自发进行，故答案为：①能；
②Ⅰ由于有固体参加反应，当混合气体的密度不变时，气体的质量不变，说明达到平衡状态；
Ⅱ反应前后气体的体积不等，当容器内气体的压强不变时说明达到平衡状态；
Ⅲ反应前后气体的体积不等，混合气体的总物质的量不变，说明达到平衡状态；
ⅣCO物质的量浓度不变，说明达到平衡状态，则Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ都可说明达到平衡状态，
故答案为：D；
（2）A．丙中浓度最大，甲中浓度最小，浓度越大，反应速率越大，则反应开始时，丙中的反应速率最快，甲中的反应最慢，故A正确；
B．  以甲计算：
       H₂O（g）+CO（g）?H₂（g）+CO₂（g）
起始：0       0        0.010   0.010
转化：x       x        x       x
平衡：x       x       0.01-x   0.01-x
则=，
x=0.006，则平衡时甲中的H₂的转化率均是=60%，由于甲和丙的气体的比值相同，为等效平衡状态，则丙中H₂的转化率也为60%，故B正确；
C．由B计算可知，平衡时，丙中的c（CO₂）是甲中的2倍，应为2×（0.01-0.006）mol/L=0.008mol/L，故C错误；
D．乙与甲相比较，相当于在甲的基础上通入H₂，则平衡向逆反应方向移动，平衡时，乙中的CO₂的转化率大于60%，故D正确．
故答案为：C；
（3）①反应物总能量大于生成物总能量，该反应的正反应放热，则
A．升高温度，平衡向逆反应方向移动，平衡混合物中c（CH₃OH）减小，故A错误；
B．冲入He（g）使体系压强增大，但反应物的浓度不变，平衡不移动，故B错误；
C．将H₂O（g）从体系中分离出来，生成物浓度减小，则平衡向正反应方向移动，平衡混合物中c（CH₃OH））增大，故C正确；
D．再冲入1mo1CO₂和3mo1H₂，相当于在原来基础上增大压强，平衡向正反应方向移动，平衡混合物中c（CH₃OH））增大，故D正确．
故答案为：CD；
②在温度T₁时，当反应达到平衡时，测得n（H₂）=2.4mo1，则平衡时n（CO₂）=1mol-×（3mol-2.4mol）=0.8mol；其他条件不变，在温度T₂时，当反应达到平衡时，测得n（CO₂）=0.82mol，说明平衡向正反应方向移动，反应为放热反应，降低温度平衡向正反应方向移动，故答案为：＞；
（4）①甲醇和氢气的燃烧热书写其热化学方程式分别为：
①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（l），△H₁=-1451kJ/mol；
②2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l），△H₂=-571.6KJ/mol，
根据盖斯定律，反应CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（l）+H₂O（l）
可以看成是方程式×②-①×，所以△H=×（-571.6KJ/mol）-（-1451kJ/mol）×=-131.9KJ/mol，
故答案为：CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（l）+H₂O（l），△H=-131.9KJ/mol；
②该反应消耗二氧化碳，可降低温室效应，生成甲醇，可弥补资源短缺，故答案为：可降低温室效应和弥补资源短缺；
③该反应是一个焓增、熵减的反应，则△G=△H-T△S＞0，不能自发进行，
故答案为：不可行，该反应是一个焓增、熵减的反应，所以不能自发进行．
点评：本题考查化学平衡以及反应热的计算，题目难度较大，本题注意利用三段式法计算，易错点为（2），注意对等效平衡的理解和运用．