Question

2．
（1）將碳與水蒸氣在高溫下反應制得水煤氣．水煤氣的主要成分是CO和H₂，兩者的體積比約為l：l．
已知：C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO（g）△H=-111.0kJ•mol^-1；
 H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（g）△H=-242.0kJ•mol^-1．
寫出由C（s）與H₂O（g）反應生成水煤氣的熱化學方程式：C（s）+H₂O（g）=H₂（g）+CO（g）△H=+131kJ•mol^-1．
 （2）為減弱溫室效應，有一種思路是將CO₂轉化成其它可燃物質．工業上已實現CO₂和H₂反應生成甲醇的轉化．已知：在一體積恒定為1L的恒溫密閉容器中充入l mol CO₂和
3mol H₂，一定條件下發生反應：CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）
△H=-50.0kJ/mol，測得CO₂和CH₃OH（g）的濃度隨時間變化如右圖所示．請回答：
①反應進行到10min時放出的熱量為37.5kJ．
②在前10min內，用H₂濃度的變化表示的反應速率v（H₂）=0.225 mol•L^-1•min^-1．
③能判斷該反應達到化學平衡狀態的依據是ABF．
A．容器壓強不變                   B．混合氣體中c（CO₂）不變
C．vCH₃OH）=vH₂O）             D．c（CH₃OH）=c（H₂O）
E．混合氣體的密度不變              F．混合氣體的平均相對分子質量不變
④該反應平衡常數的表達式為$\frac{c（C{H}_{3}OH）c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}$．
⑤反應達到平衡后，若往平衡體系中再加入1mol CO₂、3mol H₂并達到新的平衡，與原平衡相比，CO₂的物質的量濃度增大（填“增大”“不變”或“減小”，下同），H₂的轉化率增大．

Answer 1

分析 （1）已知：①C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO（g）△H=-111.0kJ•mol^-1，
②H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（g）△H=-242.0kJ•mol^-1，
根據蓋斯定律①-②可得C（s）+H₂O（g）=H₂（g）+CO（g），據此計算；
（2）①由圖知反應在10min達到平衡，反應二氧化碳0.75mol，根據熱化學方程式計算此時放出的熱量；
②由二氧化碳的轉化量計算氫氣的轉化量，根據v=$\frac{△c}{△t}$計算速率；
③根據化學平衡時正逆反應速率相等，各組分含量保持不變分析各選項；
④根據化學平衡常數為生成物濃度冪之積與反應物濃度冪之積之比計算K；
⑤往平衡體系中再加入1mol CO₂、3mol H₂，達到的新平衡相當于對兩個相同的原平衡壓縮體積達到的新平衡狀態，根據壓強對化學平衡的影響可得．

解答 解：（1）已知：①C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO（g）△H=-111.0kJ•mol^-1；
②H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（g）△H=-242.0kJ•mol^-1．
根據蓋斯定律①-②可得C（s）+H₂O（g）=H₂（g）+CO（g）△H=+131 kJ•mol^-1；
故答案為：C（s）+H₂O（g）=H₂（g）+CO（g）△H=+131 kJ•mol^-1；
（2）①由圖知反應在10min達到平衡，二氧化碳為0.25mol，則反應二氧化碳為：1mol-0.25mol=0.75mol，從題可知1mol二氧化碳充分反應放熱50kJ的熱量，則0.75mol二氧化碳反應放出的熱量為：0.75×50=37.5KJ；
故答案為：37.5kJ；
②前10min內，反應二氧化碳0.75mol，根據化學方程式，反應氫氣為：0.75mol×3=2.25mol，則用氫氣表示的反應速率為：$\frac{2.25mol÷1L}{10min}$=0.225mol•L^-1•min^-1；
故答案為：0.225；
③A．反應氣體體積前后改變，恒容體系壓強改變，平衡時，容器壓強不變，故正確；                   
B．平衡時，混合氣體中c（CO₂）不變，故正確；
C．vCH₃OH）=vH₂O，為說明正逆反應速率，故錯誤；             
D．c（CH₃OH）=c（H₂O），不能說明反應達到平衡，故錯誤；
E．混合氣體的總質量不變，恒容混合氣體體積不變，則混合氣體的密度始終不變，故錯誤；              
F．混合氣體的總質量不變，混合氣體總物質的量減小，混合氣體的平均相對分子質量變大，平衡時，很合氣體的平均相對分子質量不變，故正確；
故答案為：ABF；
④反應：CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）的化學平衡常數表達式為：$\frac{c（C{H}_{3}OH）c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}$，
故答案為：$\frac{c（C{H}_{3}OH）c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}$；
⑤再加入1mol CO₂、3mol H₂，達到的新狀態可看做是兩個原來的平衡壓縮體積達到的平衡狀態，若平衡不移動，CO₂的物質的量濃度為原來的兩倍，H₂的轉化率不變，但該反應是個氣體體積減小的反應，增大壓強，化學平衡正向移動，則CO₂的物質的量濃度比原來大，但是比原來兩倍小，H₂的轉化率增大；
故答案為：增大；增大．

點評 本題主要考查了化學反應速率的計算，化學平衡的特征，平衡常數的表達式書寫、影響化學平衡的因素等知識點，中等難度，解題要注意基礎知識的運用．