Question

20．工業(yè)上可以以煤和水為原料通過(guò)一系列轉(zhuǎn)化變?yōu)榍鍧嵞茉礆錃饣蚬�業(yè)原料甲醇．
（1）用煤制取氫氣的反應(yīng)是：C（s）+2H₂O（g）$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$ CO₂（g）+2H₂（g）△H＞0
若已知碳的燃燒熱a和氫氣的燃燒熱b不能（填“能”或“不能”）求出上述反應(yīng)的△H．若能則求出其△H（若不能請(qǐng)說(shuō)明理由）：因?yàn)樯鲜龇磻?yīng)與氫氣燃燒熱的反應(yīng)中水的狀態(tài)不同．
（2）工業(yè)上也可以?xún)H利用上述反應(yīng)得到的CO₂和H₂進(jìn)一步合成甲醇，反應(yīng)方程式為：
CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H＜0，
在一恒溫恒容密閉容器中充入1mol CO₂和3 mol H₂進(jìn)行上述反應(yīng)．測(cè)得CO₂和CH₃OH（g）濃度隨時(shí)間變化如圖1所示．
�。�該溫度下的平衡常數(shù)為5.33．10min后，保持溫度不變，向該密閉容器中再充入1mol CO₂（g）和1mol H₂O（g），則平衡正向（填“正向”、“逆向”或“不”）移動(dòng)．
ⅱ．對(duì)于基元反應(yīng)aA+bB?cC+dD而言，其某一時(shí)刻的瞬時(shí)速率計(jì)算公式如下：正反應(yīng)速率為V_正=k_正•c（A）^a•c（B）^b；逆反應(yīng)速率為V_逆=k_逆•c（C）^c•c（D）^d其中k_正、k_逆為速率常數(shù)．求該反應(yīng)進(jìn)行到第10min時(shí)k_逆：k_正=3：16．
（3）工業(yè)上利用水煤氣合成甲醇燃料，反應(yīng)為CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H＜0．在一定條件下，將l mol CO和2mol H₂通入密閉容器中進(jìn)行反應(yīng)，當(dāng)改變某一外界條件（溫度或壓強(qiáng)）時(shí)，CH₃OH的體積分?jǐn)?shù)φ（CH₃OH）變化趨勢(shì)如圖2所示：
①平衡時(shí)，M點(diǎn)CH₃OH的體積分?jǐn)?shù)為10%．則CO的轉(zhuǎn)化率為25%．
②X軸上a點(diǎn)的數(shù)值比b點(diǎn)小（填“大”或“小”）．Y軸表示溫度（填“溫度”或“壓強(qiáng)”），判斷的理由是隨著Y值的增加，CH₃OH的體積分?jǐn)?shù)φ（CH₃OH）減小，平衡逆向移動(dòng)，故Y表示溫度．

Answer 1

分析 （1）反應(yīng)熱與物質(zhì)的聚集狀態(tài)有關(guān)，聚集狀態(tài)不同，反應(yīng)熱不同；
（2）ⅰ．計(jì)算平衡時(shí)氫氣、水的濃度，再根據(jù)K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）×c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}$計(jì)算平衡常數(shù)；
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(dāng)于增大壓強(qiáng)，增壓平衡向氣體系數(shù)小的方向移動(dòng)；
ⅱ．平衡時(shí)滿(mǎn)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；
（3）①根據(jù)三行式計(jì)算得到；
②根據(jù)圖示信息：X軸上a點(diǎn)的數(shù)值比b點(diǎn)小，隨著Y值的增加，CH₃OH的體積分?jǐn)?shù)φ（CH₃OH）減小，結(jié)合平衡移動(dòng)原理回答．

解答 解：（1）反應(yīng)熱與物質(zhì)的聚集狀態(tài)有關(guān)，聚集狀態(tài)不同，反應(yīng)熱不同，上述反應(yīng)與氫氣燃燒熱的反應(yīng)中水的狀態(tài)不同，所以不能求出上述反應(yīng)的焓變；
故答案為：不能；因?yàn)樯鲜龇磻?yīng)與氫氣燃燒熱的反應(yīng)中水的狀態(tài)不同；
（2）ⅰ平衡時(shí)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(shù)K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）×c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}$=$\frac{0.75×0.75}{0.25×0.7{5}^{2}}$=$\frac{16}{3}$=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(dāng)于增大壓強(qiáng)，增壓平衡向氣體系數(shù)小的方向移動(dòng)，即向正方向移動(dòng)；
故答案為：5.33；正向；
ⅱ平衡時(shí)滿(mǎn)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=3：16；
故答案為：3：16；
（3）①設(shè)CO的轉(zhuǎn)化量是x，則
        CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）；
初始量：1mol      2mol      0
變化量：x         2x      x
平衡量：1-x      2-2x     x
平衡時(shí)，CH₃OH的體積分?jǐn)?shù)為10%，則$\frac{x}{1-x+2-2x+x}$×100%=10%，x=0.25，所以CO的轉(zhuǎn)化率為$\frac{0.25mol}{1mol}$×100%=25%，故答案為：25%；
②根據(jù)圖示信息：X軸上a點(diǎn)的數(shù)值比b點(diǎn)小，隨著Y值的增加，CH₃OH的體積分?jǐn)?shù)φ（CH₃OH）減小，平衡逆向移動(dòng)，故Y表示溫度，故答案為：小；溫度；隨著Y值的增加，CH₃OH的體積分?jǐn)?shù)φ（CH₃OH）減小，平衡逆向移動(dòng)，故Y表示溫度．

點(diǎn)評(píng) 本題為綜合題，涉及反應(yīng)熱的計(jì)算、化學(xué)平衡平衡移動(dòng)影響因素、化學(xué)平衡常數(shù)計(jì)算、平衡移動(dòng)原理的應(yīng)用，題目難度中等，明確化學(xué)平衡常數(shù)的概念及表達(dá)式為解答關(guān)鍵，本題也可以利用三段式計(jì)算，試題培養(yǎng)了學(xué)生的分析能力及化學(xué)計(jì)算能力．