Question

9．燃煤技術的改進，有助于合理控制溫室效應、環(huán)境污染，并能進行資源化利用，還可重新獲得燃料或重要工業(yè)產品．工業(yè)上以煤和水為原料通過一系列轉化變?yōu)榍鍧嵞茉礆錃夂凸�業(yè)原料甲醇．
（1）若碳的燃燒熱為393.5KJ•mol^-1，氫氣的燃燒熱為285.8KJ•mol^-1．已知反應
C（s）+2H₂O（g）$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$ CO₂（g）+2H₂（g）△H＞0，能否求出該反應的△H不能（填“能”或“不能”）．若能則求出其△H（若不能請說明理由）：上述反應與氫氣燃燒熱的反應中水的狀態(tài)不同或H₂O_（g）?H₂O_（l）△H未知．
（2）工業(yè)上也可以僅利用上述反應得到的CO₂和H₂進一步合成甲醇，反應方程式為：
CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H＜0
①工業(yè)生產過程中CO₂和H₂的轉化率后者大（填“前者大”、“后者大”、“一樣大”或“無法判斷”），為了提高甲醇的產率可以采取的措施是降低溫度、增大壓強或分離產物（填兩點）．
②在一恒溫恒容密閉容器中充入1mol CO₂和3mol H₂進行上述反應．測得CO₂和CH₃OH（g）濃度隨時間變化如圖所示．
i．用H₂表示0-3min內該反應的平均反應速率0.5mol•L^-1•min^-1．
ii．該溫度下的平衡常數為5.33mol^-2•L^-2．10min后，保持溫度不變，向該密閉容器中再充入1mol CO_2（g）和1mol H₂O_（g），此時V_正＞V_逆（填“＞”、“＜”或“=”）．
iii．對于基元反應aA+bB?cC+dD而言，其某一時刻的瞬時速率計算公式如下：正反應速率為v_正=k_正•c（A）^a•c（B）^b；逆反應速率為v_逆=k_逆•c（C）^c•c（D）^d，其中k_正、k_逆為速率常數．若將上述反應視為基元反應則在上述條件下k_逆：k_正=3：16．反應進行到第3min時V_正：V_逆=36．

Answer 1

分析 （1）反應熱與物質的聚集狀態(tài)有關，聚集狀態(tài)不同，反應熱不同；
（2）①可逆反應中增大一種反應物濃度可以提高另一種反應物轉化率，依據CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H＜0為氣體體積減小的、放熱反應特點結合影響化學平衡移動的因素解答；
②ⅰ．圖象中計算0-3min內甲醇的反應速率v（CH₃OH）=$\frac{0.50mol/L}{3min}$，用H₂表示0-3min內該反應的平均反應速率v（H₂）=3v（CH₃OH）=；
ⅱ．計算平衡時氫氣、水的濃度，再根據K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}$計算平衡常數；
保持溫度不變，向該密閉容器中再充入1mol CO₂（g）和1mol H₂O（g），相當于增大壓強，增壓平衡向氣體系數小的方向移動；
iii．平衡時滿足V正=V逆，v_正=k_正•c（A）^a•c（B）^b；V_逆=k_逆•c（C）^c•c（D）^d，則k逆：k正=$\frac{c（C{H}_{3}OH）c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}$=K；
計算3mim時各物質濃度，據此計算正逆反應瞬時速率之比．

解答 解：（1）反應熱與物質的聚集狀態(tài)有關，聚集狀態(tài)不同，反應熱不同，上述反應與氫氣燃燒熱的反應中水的狀態(tài)不同，所以不能求出上述反應的焓變；
故答案為：不能；上述反應與氫氣燃燒熱的反應中水的狀態(tài)不同或H₂O_（g）?H₂O_（l）△H未知；
（2）①C（s）+2H₂O（g）?CO₂（g）+2H₂（g）△H＞0生成二氧化碳和氫氣的物質的量之比為1：2，而CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H＜0，二氧化碳和氫氣物質的量之比為1：3，相對與增大二氧化碳濃度，所以氫氣的轉化率大于二氧化碳轉化率；
CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H＜0為氣體體積減小的、放熱反應，要想提高甲醇的產率可以采取的措施是降低溫度、增大壓強使平衡向正向移動，分離產物平衡正向進行，提高甲醇的產率，
故答案為：后者大；降低溫度；增大壓強或分離產物；
②i．圖象中計算0-3min內甲醇的反應速率v（CH₃OH）=$\frac{0.50mol/L}{3min}$，用H₂表示0-3min內該反應的平均反應速率v（H₂）=3v（CH₃OH）=0.5mol•L^-1•min^-1，
故答案為：0.5mol•L^-1•min^-1；
ⅱ．平衡時甲醇為0.75mol/L、二氧化碳為0.25mol/L，則：
                              CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始濃度（mol/L）：1             3                     0             0
變化濃度（mol/L）：0.75       2.25                0.75        0.75
平衡濃度（mol/L）：0.50       0.75                0.75         0.75
則平衡常數K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}$=$\frac{0.75×0.75}{0.25×0.7{5}^{3}}$=$\frac{16}{3}$=5.33；
保持溫度不變，向該密閉容器中再充入1mol CO₂（g）和1mol H₂O（g），相當于增大壓強，增壓平衡向氣體系數小的方向移動，即向正方向移動，此時V_正＞V_逆，
故答案為：5.33；＞；
iii．平衡時滿足V正=V逆，v_正=k_正•c（A）^a•c（B）^b；V_逆=k_逆•c（C）^c•c（D）^d，
則k逆：k正=$\frac{{c}^{a}（A）{c}^（B）}{{c}^{c}（C）{c}^ores7gr（D）}$=$\frac{1}{K}$=3：16；
                           CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始濃度（mol/L）：1              3              0                 0
變化濃度（mol/L）：0.50        1.50         0.50           0.50
3min濃度（mol/L）：0.50        1.50        0.50           0.50
v_正=k_正•c（A）^a•c（B）^b；
V_逆=k_逆•c（C）^c•c（D）^d；
V_正：V_逆=$\frac{{c}^{a}（A）{c}^（B）}{{c}^{c}（C）{c}^2m94z4o（D）}$×$\frac{{K}_{正}}{{K}_{逆}}$=$\frac{{K}_{正}}{{K}_{逆}}$×$\frac{0.5×1．{5}^{3}}{0.5×0.5}$=36；
故答案為：3：16； 36．

點評 本題為綜合題，涉及反應熱的計算、化學平衡平衡移動影響因素、化學平衡常數計算，題目難度中等，解題關鍵需掌握化學平衡理論，注意三段式的應用．