Question

（16分）以煤為原料，經過化學加工使煤轉化為氣體、液體、固體燃料以及各種化工產品的工業叫煤化工。
（1）將水蒸氣通過紅熱的碳即可產生水煤氣。反應為：
C(s)＋H₂O(g) CO(g)＋H₂(g)  ΔH=＋131.3 kJ?mol^-1，
①該反應在常溫下   自發進行（填“能”與“不能”）；
②恒溫，在容積可變的密閉容器中，進行如上可逆反應。一段時間后，下列物理量不發生變化時，能表明該反應已達到平衡狀態的有   
Ⅰ混合氣體的密度；              Ⅱ容器內氣體的壓強；
Ⅲ混合氣體的總物質的量；       ⅣCO物質的量濃度
A．只有Ⅳ    B．只有Ⅰ和Ⅳ  C．只有Ⅱ和Ⅲ  D．Ⅰ、Ⅲ和Ⅳ    
（2）水煤氣再進一步反應可制取氫氣。反應為H₂O(g)+CO(g) H₂(g)+CO₂(g)，某溫度下該反應的平衡常數K= 4/9。該溫度下在甲、乙、丙三個恒容密閉容器中，只投入H₂(g)和CO₂(g)，其起始濃度如下表所示。下列判斷不正確的是   。

起始濃度	甲	乙	丙
c(H2)/mol/L	0.010	0.020	0.020
c(CO2)/mol/L	0.010	0.010	0.020

 
A．反應開始時，丙中的反應速率最快，甲中的反應速率最慢
B．平衡時，甲中和丙中Ｈ₂的轉化率均是60％
C．平衡時，丙中ｃ(CO₂)是甲中的2倍，是0.012mol/L
D．平衡時，乙中CO₂的轉化率大于60%
（3）目前工業上有一種方法是用CO₂來生產甲醇。一定條件下發生反應：CO₂(g)＋3H₂(g)CH₃OH(g)＋H₂O(g) ，右圖表示該反應進行過程中能量(單位為kJ?mol^—1)的變化。在體積為1 L的恒容密閉容器中，充入1mol CO₂和3mol H₂反應

①下列措施中能使c (CH₃OH)增大的是   。
A．升高溫度     
B．充入He(g)，使體系壓強增大
C．將H₂O(g)從體系中分離出來   
D．再充入1mol CO₂和3mol H₂
②在溫度T₁時，當反應達到平衡時，測得n(H₂) =" 2.4" mol；其它條件不變，在溫度T₂時，當反應達到平衡時，測得n(CO₂) =" 0.82" mol，則T₂    T₁。（填“＞”、“＜”或“＝”），
（4）在一定條件下科學家從煙道氣中分離出CO₂與太陽能電池電解水產生的H₂合成甲醇。CH₃OH、H₂的燃燒熱分別為：△H＝－725.5kJ/mol、△H＝－285.8kJ/mol。
①寫出工業上以CO₂、H₂合成CH₃OH和液態水的熱化學方程式：   ；
②該轉化的積極意義是   ；
③有人提出，可以設計反應CO₂＝C＋O₂（△H＞0、△S＜0）來消除CO₂對環境的影響。請你判斷是否可行并說出理由：   

Answer 1

(1) ①不能  ②  D    （2）C         (3) ① CD    ② >
（4）①CO₂(g)＋3H₂(g)→CH₃OH(l)＋H₂O(l)  △H＝－131.9kJ/mol
②可降低溫室效應和彌補資源短缺
③不可行，該反應是一個焓增、熵減的反應，所以不能自發進行

(1)反應是體積增大的，吸熱放熱可逆反應，所以在常溫下不能自發進行。因為恒溫，在容積可變的密閉容器中進行，所以I、Ⅱ、Ⅲ均不能說明。只有當CO物質的量濃度不再變化時可以說明。
（2）反應開始時丙中濃度最大，甲中濃度最小，反應速率丙最快，甲最慢。因為反應前后體積不變，而甲和丙中反應物的濃度之比相同，所以其平衡是等效的，所以C不正確。根據方程式可知             H₂(g)+CO₂(g)  H₂O(g)+CO(g)
起始量（mol）                    0.010    0.010        0     0
轉化量（mol）                      x         x         x     x
平衡量（mol）                  0.010－x    0.010－x     x     x
所以，解得x＝0.006，即轉化率是60％。乙中最大氫氣的濃度，可以提高二氧化碳的轉化率。
（3）根據圖像可知該反應是放熱反應，升高溫度平衡向逆反應方向移動。充入He(g)，使體系壓強增大，則原體系的物質的濃度將減小，平衡向逆反應方向移動。降低生成物水的濃度，平衡向正反應方向移動，c (CH₃OH)增大。若再充入1mol CO₂和3mol H₂，相當于增大體系的壓強，平衡向正反應方向移動，c (CH₃OH)增大。在溫度T₂時，當反應達到平衡時，測得n(CO₂) =" 0.82" mol，則此時n(H₂) ="2.46" mol.因為反應放熱，溫度越高氫氣的物質的量越多，所以T₂大于T₁。
（4）根據蓋斯定律和燃燒熱的熱化學方程式可以得到CO₂、H₂合成CH₃OH和液態水的熱化學方程式。在反應中消耗二氧化碳，所以可以降低溫室效應，同時生成甲醇可以彌補資源短缺。因為△H＞0、△S＜0，所以該反應不能自發進行。