Question

1．研究和开发CO₂ 和CO的创新利用是环境保护和资源利用的双赢的课题．
ⅠCO可用于合成甲醇．在压强为0.1Mpa条件下，在体积为bL的密闭容器中充入amolCO和2amolH₂，在催化剂作用下合成甲醇；
CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）平衡时CO的转化率与温度，压强的关系如图：
（1）100℃时，该反应的平衡常数：K=$\frac{{b}^{2}}{{a}^{2}}$；（用a、b的代数式表示）．若一个可逆反应的平衡常数K值很  大，对此反应的说法正确的是：C（填序号）
A．该反应使用催化剂意义不大；
B．该反应发生将在很短时间内完成；
C．该反应达到平衡时至少有一种反应物百分含量很小；
D．反应物的转化率一定高：
（2）在温度和容积不变的情况下，再向平衡体系中充入amolCO，2amolH₂，达到平衡时CO转化率增大（填“增大”，“不变”或“减小”，下同）平衡常数：不变．
（3）在某温度下，向一容积不变的密闭容器中充入2.5molCO，7.5molH₂，反应生成CH₃OH（g），达到平衡时，CO转化率为90%，此时容器内压强为开始时的压强0.55倍．
Ⅱ某温度条件下，若将CO₂（g）和H₂（g）以体积比1：4混合，在适当压强和催化剂作用下可制得甲烷，己知：
$\left.\begin{array}{l}$CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（1）△H=-890.3KJ/mol   H₂（g）+1/2O₂（g）=H₂O（1）△H=-285.8KJ/mol则CO₂（g）和H₂（g）反应生成液态水的热化学方程式为：CO₂（g）+4H₂（g）=CH₄（g）+2H₂O（l）△H=-252.9kJ•mol^-1．

Answer 1

分析 I．（1）化学平衡常数K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）{c}^{2}（{H}_{2}）}$，根据CO的转化率，利用三段式计算出平衡时各组分的物质的量，进而求出平衡时各组分的浓度，代入平衡常数计算；
可逆反应的平衡常数越大，说明反应进行的程度越大，不能说明反应速率快慢、不能说明该反应在通常条件下一定可以发生、不能说明反应是吸热还是放热；
（2）在温度和容积不变的情况下，再向平衡体系中充入a mol CO（g）、2a mol H₂（g），等效为在原平衡的基础上增大一倍压强，平衡向正反应移动；
化学平衡常数只受温度影响，与浓度无关，温度不变，平衡常数不变；
（3）计算参加反应的CO的物质的量，利用差量法计算平衡时反应混合物的物质的量变化量，进而计算平衡时总的物质的量，利用恒温恒容下，压强之比等于物质的量之比解答；
II．根据盖斯定律书写目标热化学方程式．

解答 解：I．（1）100℃，平衡时CO的转化率为0.5，所以参加反应的CO的物质的量为0.5amol．
           CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）；
开始（mol）：a       2a               0      
变化（mol）：0.5a     a               0.5a
平衡（mol）：0.5a     a               0.5a
所以平衡时，CO的浓度为$\frac{0.5amol}{bL}$=$\frac{a}{2b}$mol/L，H₂的浓度为$\frac{a}{b}$mol/L，CH₃OH的浓度为$\frac{0.5amol}{bL}$=$\frac{a}{2b}$mol/L，100℃时该反应的平衡常数k═$\frac{\frac{a}{2b}}{\frac{a}{2b}×（\frac{a}{b}）^{2}}$=$\frac{{b}^{2}}{{a}^{2}}$，
A．可逆反应的平衡常数很大，说明反应进行的程度很大，不能说明该反应在通常条件下一定可以发生，该反应可能需要催化剂才可以进行，故A错误；
B．可逆反应的平衡常数很大，说明反应进行的程度很大，不能说明该条件下反应速率很快，故B错误；
C．可逆反应的平衡常数很大，说明反应进行的程度很大，反应达平衡时至少有一种反应物的百分含量很小，故C正确；
D．可逆反应的平衡常数很大，说明反应进行的程度很大，不能说明该反应是吸热还是放热，故D错误，
故答案为：$\frac{{b}^{2}}{{a}^{2}}$；C；
（2）在温度和容积不变的情况下，再向平衡体系中充入a mol CO（g）、2a mol H₂（g），等效为在原平衡的基础上增大一倍压强，平衡向正反应移动，CO的转化率增大，化学平衡常数只受温度影响，与浓度无关，温度不变，平衡常数不变，
故答案为：增大；不变；
（3）参加反应的CO的物质的量为2.5mol×90%=2.25mol，则：
CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）  物质的量减少△n
1                                                              2
2.25mol                                               4.5mol
故平衡时总的物质的量为2.5mol+7.5mol-4.5mol=5.5mol，恒温恒容下压强之比等于物质的量之比，故平衡时容器内压强为开始时压强的$\frac{5.5mol}{2.5mol+7.5mol}$=0.55倍，
故答案为：0.55；
II．已知：①CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H₁=-890.3kJ•mol^-1
②H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（l）△H₂=-285.8kJ•mol^-1，
利用盖斯定律，将②×4-①可得：CO₂（g）+4H₂（g）=CH₄（g）+2H₂O（l）△H=4×（-285.8kJ•mol^-1）-（-890.3kJ•mol^-1）=-252.9kJ•mol^-1，
故答案为：CO₂（g）+4H₂（g）=CH₄（g）+2H₂O（l）△H=-252.9kJ•mol^-1．

点评 本题考查化学平衡图象、化学平衡有关计算、化学平衡常数、影响化学平衡的因素、热化学方程式书写，是对知识的综合运用，应加强平时知识的积累，难度中等．