Question

8．貴州開磷（集團）有限責任公司按照循環(huán)經濟的發(fā)展理念，將工業(yè)合成氨與制備甲醇進行聯合生產，現已具備年產60萬噸合成氨、38萬噸甲醇的生產能力．其生產流程如圖1：

請回答下列問題：
（1）工業(yè)生產時，水蒸氣可與煤粉反應制備H₂，反應的化學方程式為C+H₂O（g）$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CO+H₂；
（2）工業(yè)制取氫氣的另一個反應為：CO+H₂O（g）?CO₂+H₂．在T℃時，往1L密閉容器中充入0.2molCO和0.3mol水蒸氣，反應達平衡后，體系中c（H₂）═0.12mol•L^-1．該溫度下此反應的平衡常數K=1（填計算結果）；
（3）若在恒溫恒容的容器內進行反應CO（g）+2H₂ （g）?C H₃OH（g），在密閉容器中開始只加入CO、H₂，反應10min后測得各組分的濃度如下：

物質	H2	CO	C H3OH
濃度/（mol•L-1）	0.20	o.10	o.40

①該時間段內反應速率v（H₂）=0.08mol/（L•min）；
②該反應達到平衡狀態(tài)的標志是BC（填字母序號）；
A．有1個H-H鍵生成的同時有3個C-H鍵生成
B．CO的百分含量保持不變
C．容器中混合氣體的壓強不變化
D．容器中混合氣體的密度不變化
（4）已知在常溫常壓下：
①2C H₃OH（l）+3O₂ （g）?2CO₂ （g）+4H₂ O（g）△H₁=-1275.6kJ/mol
②2C O（l）+O₂ （g）?2CO₂ （g）△H₂=-566.0kJ/mol
③H₂O （g）?H₂ O（l）△H₃=-44.0kJ/mol
寫出甲醇不完燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學方程式CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8kJ•mol^-1；
（5）N₂和H₂以鐵作催化劑從145℃就開始反應，不同溫度下NH₃的產率如圖2所示．溫度高于900℃時，NH₃產率下降的原因是溫度高于900℃時，平衡向左移動；生產過程中合成氣要進行循環(huán)，其目的是提高原料的利用率．

Answer 1

分析 （1）水蒸氣在高溫下與碳反應生成一氧化碳氣體和水，據此寫出反應的化學方程式；
（2）根據平衡常數表達式以及各種物質的濃度利用化學平衡三段式進行計算；
（3）①先根據表中計算計算出甲醇的反應速率，然后根據化學計量數與反應速率成正比計算出氫氣的平均反應速率；
②根據可逆反應達到平衡狀態(tài)時，正逆反應速率相等，各組分的濃度不再變化判斷；
（4）根據熱化學方程式利用蓋斯定律計算反應熱并書寫熱化學方程式；
（5）對于放熱反應，溫度升高，則化學平衡向逆向移動；提高循環(huán)利用可以提高原料的利用率．

解答 解：（1）碳粉在高溫下與水蒸氣反應的化學方程式為：C+H₂O（g）$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CO+H₂，
故答案為：C+H₂O（g）$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CO+H₂；
（2）CO+H₂O（g）?CO₂+H₂
初始：0.2  0.3       0   0
變化：0.12 0.12    0.12 0.12
平衡：0.08 0.18    0.12 0.12
則K=$\frac{0.12×0.12}{0.08×0.18}$=1，
故答案為：1；
（3）①由表中數據可知，l0min內甲醇的濃度變化為0.4mol/L，故v（CH₃OH）=$\frac{0.4mol/L}{10min}$=0.04mol/（L•min），速率之比等于化學計量數之比，故v（H₂）=2v（CH₃OH）=2×0.04mol/（L•min）=0.08mol/（L•min），
故答案為：0.08mol/（L•min）；
②A．有1個H-H鍵生成的同時有3個C-H鍵生成，正逆反應速率不相等，沒有達到平衡狀態(tài)，故A錯誤；
B．CO百分含量保持不變，證明各組分不再變化，該反應已經達到了化學平衡狀態(tài)，故B正確；
C．該反應是一個前后氣體體積變化的反應，容器中混合氣體的壓強不變化，證明達到了平衡狀態(tài)，故C正確；
D．混合氣體質量守恒，體積恒定，所以容器中混合氣體的密度不會發(fā)生變化，故D錯誤；
故選BC；
（4）①2CH₃OH（l）+3O₂（g）?2CO₂（g）+4H₂O（g）△H₁=-1275.6kJ/mol
②2CO（l）+O₂（g）?2CO₂（g）△H₂=-566.0kJ/mol
③H₂O（g）?H₂O（l）△H₃=-44.0kJ/mol，
根據蓋斯定律，將已知反應（①-②+③×4）×$\frac{1}{2}$得到：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l），△H=$\frac{1}{2}$[（-1275.6kJ/mol）-（-566.0kJ/mol）+（-44.0kJ/mol）×4]=-442.8kJ•mol^-1，
故答案為：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8kJ•mol^-1；
（5）溫度在900℃時，反應達到平衡狀態(tài)，溫度高于900℃時，即：升高溫度，平衡向吸熱方向，即向左移動；
由于合成氨的反應為可逆反應，提高循環(huán)利用原料，可提高原料的利用率，
故答案為：溫度高于900℃時，平衡向左移動；提高原料的利用率．

點評 本題考查工業(yè)合成氨及其應用，題目難度中等，注意利用三段式法解答，特別是蓋斯定律的運用以及燃料電池的電極反應的書寫，試題知識點較多、綜合性較強，充分考查學生的分析、理解能力及靈活應用基礎知識的能力．