Question

6．近年來，碳和碳的化合物在生產生活實際中應用越來越廣泛．

（1）CO和H₂的混合氣體俗稱合成氣，是一種重要的工業(yè)原料氣，焦炭、天然氣（主要成分為CH₄）、重油、煤在高溫下均可與水蒸氣反應制得合成氣．已知某反應的平衡常數表達式為：K=$\frac{c（{H}_{2}）•c（CO）}{c（{H}_{2}O）}$，它所對應的化學方程式為：C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）．
（2）甲醇是一種重要的化工原料，在日常生活中有著廣泛的應用．工業(yè)上一般采用下列兩種反應合成甲醇：
反應Ⅰ：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
反應Ⅱ：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
①在以上制備甲醇的兩個反應中：反應Ⅰ優(yōu)于反應Ⅱ，原因是反應Ⅰ符合“原子經濟性”的原則即原子利用率為100%．
②對于反應Ⅰ，下圖甲表示能量的變化；圖乙表示一定溫度下，在體積為2L的密閉容器中加入4mol H₂和一定量的CO后，CO和CH₃OH（g）的濃度隨時間變化．在“圖甲”中，曲線b（填：“a”或“b”）表示使用了催化劑；該反應屬于放熱（填：“吸熱”、“放熱”）反應．在圖乙中從反應開始到建立平衡，用H₂濃度變化表示的反應速率0.15mol/L•min．
③對于反應Ⅱ，在一定溫度時，將lmol CO₂ 和3mol H₂充入一密閉恒容容器中，充分反應達到平衡后，若CO₂的轉化率為a，則容器內的平衡壓強與起始壓強之比為1-$\frac{a}{2}$；若容器容積不變，下列措施可增加甲醇產量的是bd．
a．升高溫度                          b．增加CO₂的量
c．充入He，使體系總壓強增大         d．按原比例再充入CO₂和H₂．

Answer 1

分析 （1）化學平衡常數指在一定溫度下，可逆反應達到平衡時，各生成物濃度的化學計量數次冪的乘積除以各反應物濃度的化學計量數次冪的乘積所得的比值，根據元素守恒，故另一反應物為固體C，據此書寫方程式；
（2）①比較反應Ⅰ和Ⅱ，從反應物是否完全轉化比較二者的優(yōu)劣；
②根據圖象的變化趨勢判斷反應進行的方向和影響因素，依據物質能量變化分析反應熱量變化；圖2分析計算一氧化碳的反應速率，依據反應速率之比等于化學計量數之比計算氫氣表示的反應速率；依據化學平衡三段式列式計算平衡濃度，依據平衡常數概念計算平衡常數；
③依據化學平衡三段式列式計算，平衡氣體物質的量和起始壓強之比等于氣體物質的量之比計算得到；增加甲醇產率，應使平衡正向進行．

解答 解：（1）平衡表達式為：K=$\frac{c（{H}_{2}）•c（CO）}{c（{H}_{2}O）}$，生成物為CO、H₂，反應物含有H₂O，三者化學計量數分別為1、1、1，根據元素守恒，故另一反應物為固體C，反應中它所對應反應的化學方程式為：C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g），
故答案為：C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）；
（2）①反應I中反應物完全轉化，原子利用率為100%，符合“原子經濟性”的原則，
故答案為：反應Ⅰ符合“原子經濟性”的原則即原子利用率為100%；
②分析圖1可知反應能量變化b圖象是使用催化劑降低反應的活化能，加快反應速率；圖象分析反應物能量高于生成物的能量，反應是放熱反應；圖2分析計算一氧化碳的反應速率v（CO）=$\frac{1.0mol/L-0.25mol/L}{10min}$=0.075mol/L•min，由反應速率之比等于化學計量數之比可知，氫氣表示的反應速率為v（H₂）=2v（CO）=0.075mol/L•min×2=0.15mol/L•min，故答案為：b；放熱；0.15mol/L•min；
③對于反應Ⅱ：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），在一定溫度時，將1mol CO₂年和3mol H₂充入一密閉恒容容器中，充分反應達到平衡后，若CO₂的轉化率為a，CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始量（mol）  1       3         0          0
變化量（mol）  a      3a         a          a
平衡量（mol） 1-a     3-3a       a          a
則容器內的平衡壓強與起始壓強之比=（1-a+3-3a+a+a）：（1+3）=1-$\frac{a}{2}$；
a．由①可知，該反應放熱，升溫，平衡向逆反應方向移動，甲醇產率減小，故錯誤；
b．增加CO₂的量，平衡向正反應方向移動，甲醇產率增大，故正確；
c．充入He，使體系總壓強增大，各物質的濃度不變，平衡不移動，故錯誤
d．按原比例再充入CO₂和H₂，由等效平衡可知平衡正向移動，甲醇產率增大，故正確；
故答案為：1-$\frac{a}{2}$；bd．

點評 本題考查了化學平衡的分析應用，化學反應速率、平衡常數計算應用，題目難度中等．