Question

【題目】下圖為我國目前的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)圖：

（1）由圖中數(shù)據(jù)可知，一定時(shí)期內(nèi)，我國的能源結(jié)構(gòu)仍以煤碳為主，但直接燃燒煤炭的弊端是____。

（2）將煤轉(zhuǎn)化為水煤氣可有效降低煤對環(huán)境的破壞性，能量變化如圖所示：

根據(jù)以上數(shù)據(jù)，寫出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式_________________；

（3）甲醇是重要的化學(xué)工業(yè)基礎(chǔ)原料和清潔液體燃料。將煤液化將克服直接將煤作為燃料的不足。其反應(yīng)原理為CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g) ＋H2O(g)。

①在適當(dāng)?shù)拇呋瘎┳饔孟拢�該反�?yīng)能自發(fā)進(jìn)行。則該反應(yīng)ΔH______0（填“>”、“<”或“=”）

②在體積一定的密閉容器中發(fā)生該反應(yīng)，達(dá)到平衡后升高溫度，下列說法正確的是______。

A．平衡正向移動(dòng) B．達(dá)到新的平衡后體系的壓強(qiáng)增大

C．H2的轉(zhuǎn)化率增大 D．體系的密度增大

③下列敘述能說明此反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是_______。（填字母）

a.混合氣體的平均相對分子質(zhì)量保持不變 b.1 mol CO2生成的同時(shí)有3 mol H—H鍵斷裂

c.CO2的轉(zhuǎn)化率和H2的轉(zhuǎn)化率相等 d.混合氣體的密度保持不變

④在相同起始溫度（500℃）、起始體積相同（2L）的三個(gè)密閉容器中分別進(jìn)行該反應(yīng)，控制不同條件，反應(yīng)過程中部分?jǐn)?shù)據(jù)見下表：

	反應(yīng)時(shí)間	CO2/mol	H2/mol	CH3OH/mol	H2O/mol
反應(yīng)Ⅰ：恒溫恒容	0 min	2	6	0	0
	10 min		4.5
反應(yīng)Ⅱ：恒溫恒壓	0 min	1	3	1	1
反應(yīng)Ⅲ：絕熱恒容	0 min	0	0	2	2

查閱資料發(fā)現(xiàn)500℃時(shí)該反應(yīng)的平衡常數(shù)為2.5。則反應(yīng)Ⅰ在10min時(shí)v正______v逆，則反應(yīng)均達(dá)到平衡時(shí)，反應(yīng)Ⅰ、Ⅱ?qū)Ρ菻2的百分含量關(guān)系w%Ⅰ（H2）______w%Ⅱ（H2），反應(yīng)Ⅰ、Ⅲ對比：平衡時(shí)CH3OH的濃度c(I)_______c(Ⅲ)（本小題均用“>”、“<”或“＝”填空）。

Answer 1

【答案】污染大，資源利用率低C(s)+H2O(g) == CO(g)+H2(g) △H=+131.5kJ/mol＜Bab＞＜＜

【解析】

（1）煤燃燒會(huì)產(chǎn)生二氧化硫等對環(huán)境有危害的氣體，且利用低下；

因此，本題正確答案為：污染大，資源利用率低；

（2）根據(jù)圖像可知，反應(yīng)物的總能量小于生成物的總能量，該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，所以C(s)+H2O(g) == CO(g)+H2(g) △H=+131.5kJ/mol，

因此，本題正確答案為：C(s)+H2O(g) == CO(g)+H2(g) △H=+131.5kJ/mol；

（3）①根據(jù)反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行時(shí)焓減熵增的原則，CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g) ＋H2O(g)是熵減的反應(yīng)，若反應(yīng)能夠自發(fā)進(jìn)行，則焓減即反應(yīng)的ΔH<0；

因此，本題正確答案為：<；

②A 、升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，故A錯(cuò)誤；

B 、升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，氣體分子數(shù)增多，達(dá)到新的平衡后體系的壓強(qiáng)增大，故B正確；

C 、升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，H2的轉(zhuǎn)化率減小，故C錯(cuò)誤；

D、恒容密閉容器中，容器的體積不變，氣體的質(zhì)量不變，所以氣體的密度始終不變，故D錯(cuò)誤；

因此，本題正確答案為：B；

③a.該反應(yīng)是氣體的物質(zhì)的量變化的可逆反應(yīng)，混合氣體的平均相對分子質(zhì)量一直變化，當(dāng)達(dá)到平衡時(shí)，混合氣體的平均相對分子質(zhì)量保持不變，故a正確，

b.1 mol CO2生成的同時(shí)有3 mol H—H鍵斷裂，表示正逆反應(yīng)速率相等，是達(dá)到平衡狀態(tài)的標(biāo)志，故b正確；

c.CO2的轉(zhuǎn)化率和H2的轉(zhuǎn)化率相等，不能說明正逆反應(yīng)速率相等，不是平衡狀態(tài)的標(biāo)志，故c錯(cuò)誤；

d. 氣體的密度=m(混)/V，反應(yīng)前后各物質(zhì)均為氣體，容器的體積不變，氣體的質(zhì)量不變，所以氣體的密度始終不變，不是平衡的標(biāo)志，故d錯(cuò)誤；

因此，本題正確答案為：ab；

④ CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g) ＋H2O(g)

起始（mol） 2 6 0 0

變化（mol） 0.5 1.5 0.5 0.5

10 min時(shí)（mol） 1.5 4.5 0.5 0.5

10 min時(shí)濃度商Qc===<2.5=K，則反應(yīng)Ⅰ在10min時(shí)v正>v逆，

從表格數(shù)據(jù)可知，三個(gè)反應(yīng)起始投料，換算到反應(yīng)式同一邊，起始量相同，故只需分析條件對平衡的影響：

反應(yīng)Ⅰ是恒溫恒容、反應(yīng)Ⅱ是恒溫恒壓，由于該反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)，故反應(yīng)Ⅰ相對于反應(yīng)Ⅱ是減小壓強(qiáng)，平衡向逆向移動(dòng)，H2的百分含量減小，所以w%Ⅰ（H2）＜w%Ⅱ（H2），

反應(yīng)Ⅰ是恒溫恒容、反應(yīng)Ⅲ是絕熱恒容，由于該反應(yīng)的正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，反應(yīng)Ⅲ相對于反應(yīng)Ⅰ是升高溫度，平衡向逆向移動(dòng)，平衡時(shí)CH3OH的濃度增大，c(I) ＜c(Ⅲ)。

因此，本題正確答案為：>；<；<。