Question

【題目】CO和H2可作為能源和化工原料，應(yīng)用十分廣泛。常利用煤氣化過程中生成的CO和H2來制備甲醇。

(1)請根據(jù)圖示寫出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式：_______________；圖中使用催化劑曲線是_______(填“a”或“b”）。

(2)已知：C(s)+O2(g)=CO2(g) ΔH1=－393.5 kJ/mol

C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) ΔH2=+131.3 kJ/mol

則反應(yīng)CO(g)+H2(g)+O2(g)=H2O(g)+CO2(g)的ΔH=______________kJ/mol。

(3)反應(yīng)CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g)的平衡常數(shù)隨溫度的變化如下表所示。

溫度/℃	400	500	830	1000
平衡常數(shù)K	10	9	1	0.6

①從上表可以推斷：此反應(yīng)是__________(填“吸”或“放”)熱反應(yīng)。

②在830 ℃下，若開始時向恒容密閉容器中充入CO與H2O均為1 mol，則達到平衡后CO的轉(zhuǎn)化率為___________________。

(4)汽車排氣管上的催化轉(zhuǎn)化器發(fā)生如下反應(yīng)：2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g) △H<0，在一定溫度下，將一定量的NO和CO充入2 L固定容積的容器中，回答以下問題：

①能說明該反應(yīng)達到平衡狀態(tài)的是_____________(填字母標(biāo)號)。

A. 2v正(NO)=v逆(N2) B. 混合氣體的平均相對分子質(zhì)量保持不變

C. 氣體總壓強不再變化 D. ΔH保持不變

E.混合氣體的密度不再變化

②從反應(yīng)開始到5 min，生成了0.08 mol N2，則5 min內(nèi)v(CO)=__________mol/(L·min)。

③25 min時，物質(zhì)濃度變化如圖所示，則改變的條件可能是________(填字母標(biāo)號)。

A. 縮小容器體積 B. 增加NO的濃度

C. 降低溫度 D. 升高溫度

Answer 1

【答案】CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g) △H=-91 kJ/mol b -524.8 放 50% BC 0.016 mol/(L·min) D

【解析】

(1)根據(jù)反應(yīng)物與生成物的總能量來分析吸熱還是放熱，并書寫熱化學(xué)反應(yīng)方程式，催化劑降低反應(yīng)活化能，但不改變反應(yīng)熱效應(yīng)；

(2)根據(jù)①C(s)+O2(g)=CO2(g) △H1=-393.5 kJ/mol；

②C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) △H3=+131.3 kJ/mol；

利用蓋斯定律，將①-②可得反應(yīng)CO(g)+H2(g)+O2(g)=H2O(g)+CO2(g)的反應(yīng)熱；

(3)①平衡常數(shù)隨溫度升高減小，說明升高溫度，化學(xué)平衡逆向進行，逆反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，則該反應(yīng)的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)；

②依據(jù)830℃的化學(xué)平衡常數(shù)的數(shù)值，結(jié)合平衡常數(shù)的含義計算一氧化碳的轉(zhuǎn)化率；

(4)①根據(jù)平衡狀態(tài)的特征是動態(tài)平衡，各物質(zhì)的量不再隨時間變化而變化，據(jù)此逐一分析判斷；

②從反應(yīng)開始到5 min，生成了N2 0.08 mol，CO的變化量是0.08 mol×2=0.16 mol，則5 min 內(nèi)根據(jù)v(CO)=計算；

③平衡時一氧化碳的濃度增大，平衡向逆反應(yīng)方向移動，

A．縮小容器體積平衡向正反應(yīng)方向移動；

B．增增加NO的濃度平衡向正反應(yīng)方向移動；

C．降低溫度平衡向正反應(yīng)方向移動；

D．升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動。

(1)反應(yīng)物的總能量為419 kJ，生成物的總能量為510 kJ，則該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，放出的熱量為419 kJ-510 kJ=-91 kJ，熱化學(xué)方程式為CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g) △H=-91 kJ/mol；曲線b降低了反應(yīng)活化能，應(yīng)該是反應(yīng)使用了催化劑，故合理選項是b；

(2)根據(jù)①C(s)+O2(g)=CO2(g) △H1=-393.5 kJ/mol；

②C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) △H3=+131.3kJ/mol，

利用蓋斯定律，將①-②可得反應(yīng)CO(g)+H2(g)+O2(g)=H2O(g)+CO2(g)，△H=-393.5kJ/mol-131.3kJ/mol=-524.8 kJ/mol；

(3)①根據(jù)圖表中平衡常數(shù)K與溫度的關(guān)系，可知：溫度升高化學(xué)平衡常數(shù)減小，說明升高溫度，平衡逆向移動，逆反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，則該反應(yīng)的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)；

②在830℃，平衡常數(shù)K=1，若開始時向恒容密閉容器中充入CO與H2O均為1 mol，設(shè)反應(yīng)達到平衡一氧化碳反應(yīng)物質(zhì)的量為x，則根據(jù)方程式式中物質(zhì)轉(zhuǎn)化關(guān)系可知平衡時各種氣體的物質(zhì)的量n(CO)=n(H2O)=1-x，n(H2)=n(CO2)=x，=1，解得x=0.5 mol，所以達到平衡后CO的轉(zhuǎn)化率=×100%=50%；

(4)①A．該反應(yīng)達到平衡狀態(tài)時應(yīng)有v正(NO)=2v逆(N2)，A錯誤；

B．混合氣體的相對分子質(zhì)量不變，說明氣體的總物質(zhì)的量不變，反應(yīng)達平衡狀態(tài)，B正確；

C．氣體總壓強不變，說明氣體的總物質(zhì)的量不變，反應(yīng)達平衡狀態(tài)，C正確；

D．△H只與具體熱化學(xué)方程式有關(guān)，與反應(yīng)物的量的變化無關(guān)，無法判斷反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，D錯誤；

E．混合氣體的體積和質(zhì)量始終不變，因此混合氣體的密度也始終不變，因此不能根據(jù)密度不再變化，判斷反應(yīng)是否達到平衡狀態(tài)，E錯誤；

故合理選項是BC；

②從反應(yīng)開始到5 min，生成了N2 0.08 mol，則5 min 內(nèi)v(CO)=×2=0.016 mol/(L·min)；

③反應(yīng)2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g) △H<0的正反應(yīng)為氣體體積減小的放熱反應(yīng)，根據(jù)圖象可知：平衡時一氧化氮的濃度增大，N2的濃度減小，平衡向逆反應(yīng)方向移動。

A．縮小容器體積，化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動，A不符合題意；

B．增加NO的濃度平衡，化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動，B不符合題意；

C．降低溫度，化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動，C不符合題意；

D．升高溫度，化學(xué)平衡向吸熱的逆反應(yīng)方向移動，D符合題意；

故合理選項是D。