Question

13．工業上可以以煤和水為原料通過一系列轉化變為清潔能源氫氣或工業原料甲醇．
（1）用煤制取氫氣的反應是：C（s）+2H₂O（g）?CO₂（g）+2H₂（g）△H＞0
若已知碳的燃燒熱a和氫氣的燃燒熱b不能（填“能”或“不能”）求出上述反應的△H．若能則求出其△H（若不能請說明理由）：因為上述反應與氫氣燃燒熱的反應中水的狀態不同．
（2）工業上也可以僅利用上述反應得到的CO₂和H₂進一步合成甲醇，反應方程式為：CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H＜0
①工業生產過程中CO₂和H₂的轉化率后者大（填“前者大”、“后者大”、“一樣大”或“無法判斷”），為了提高甲醇的產率可以采取的措施是降低溫度、增大壓強（填兩點）．
②在一恒溫恒容密閉容器中充入1mol CO₂和3mol H₂進行上述反應．測得CO₂和CH₃OH（g）濃度隨時間變化如右圖所示．
ⅰ．該溫度下的平衡常數為5.33．10min后，保持溫度不變，向該密閉容器中再充入1mol CO₂（g）和1mol H₂O（g），則平衡正向（填“正向”、“逆向”或“不”）移動．
ⅱ．對于基元反應aA+bB═cC+dD而言，其某一時刻的瞬時速率計算公式如下：正反應速率為v_正=k_正•c（A）^a•c（B）^b；逆反應速率為v化學-選修2：化學與技術_逆=k_逆•c（C）^c•c（D）^d，其中k_正、k_逆為速率常數．若將上述反應視為基元反應則在上述條件下k_逆：k_正=3：16．反應進行到第3min時正逆反應瞬時速率之比為36．

Answer 1

分析 （1）反應熱與物質的聚集狀態有關，聚集狀態不同，反應熱不同；
（2）①可逆反應中增大一種反應物濃度可以提高另一種反應物轉化率；
依據CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H＜0為氣體體積減小的、放熱反應特點結合影響化學平衡移動的因素解答；
②．ⅰ．計算平衡時氫氣、水的濃度，再根據K=$\frac{c（CH{\;}_{3}OH）×c（{H}_{2}O）}{c（CO{\;}_{2}）×{c}^{3}（H{\;}_{2}）}$計算平衡常數；
保持溫度不變，向該密閉容器中再充入1mol CO₂（g）和1mol H₂O（g），相當于增大壓強，增壓平衡向氣體系數小的方向移動；
ⅱ．平衡時滿足V正=V逆，v_正=k_正•c（A）^a•c（B）^b；V_逆=k_逆•c（C）^c•c（D）^d，則k逆：k正=$\frac{c（CH{\;}_{3}OH）×c（{H}_{2}O）}{c（CO{\;}_{2}）×{c}^{3}（H{\;}_{2}）}$=K；
計算3mim時各物質濃度，據此計算正逆反應瞬時速率之比．

解答 解：（1）反應熱與物質的聚集狀態有關，聚集狀態不同，反應熱不同，上述反應與氫氣燃燒熱的反應中水的狀態不同，所以不能求出上述反應的焓變；
故答案為：不能；因為上述反應與氫氣燃燒熱的反應中水的狀態不同；
（2）①C（s）+2H₂O（g）?CO₂（g）+2H₂（g）△H＞0生成二氧化碳和氫氣的物質的量之比為1：2，而
CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H＜0，二氧化碳和氫氣物質的量之比為1：3，相對與增大二氧化碳濃度，所以氫氣的轉化率大于二氧化碳轉化率；
CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H＜0為氣體體積減小的、放熱反應，要想提高甲醇的產率可以采取的措施是降低溫度、增大壓強使平衡向正向移動；
故答案為：后者大；降低溫度、增大壓強；
②ⅰ平衡時甲醇為0.75mol/L、二氧化碳為0.25mol/L，則：
               CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始濃度（mol/L）：1       3          0       0
變化濃度（mol/L）：0.75    2.25       0.75    0.75
平衡濃度（mol/L）：0.50    0.75       0.75    0.75
則平衡常數K=$\frac{c（CH{\;}_{3}OH）×c（{H}_{2}O）}{c（CO{\;}_{2}）×{c}^{3}（H{\;}_{2}）}$=$\frac{0.75×0.75}{0.25×0.75{\;}^{3}}$=$\frac{16}{3}$=5.33；
保持溫度不變，向該密閉容器中再充入1mol CO₂（g）和1mol H₂O（g），相當于增大壓強，增壓平衡向氣體系數小的方向移動，即向正方向移動；
故答案為：5.33；正向；
ⅱ平衡時滿足V正=V逆，v_正=k_正•c（A）^a•c（B）^b；V_逆=k_逆•c（C）^c•c（D）^d，
則k逆：k正=$\frac{c（CH{\;}_{3}OH）×c（{H}_{2}O）}{c（CO{\;}_{2}）×{c}^{3}（H{\;}_{2}）}$=K=3：16；
               CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始濃度（mol/L）：1       3          0       0
變化濃度（mol/L）：0.50   1.50     0.50      0.50
3min濃度（mol/L）：0.50    1.50      0.50    0.50
v_正=k_正•c（A）^a•c（B）^b；
V_逆=k_逆•c（C）^c•c（D）^d；
V_正：V_逆=$\frac{{\;}_{k正}•c（A）{\;}^{a}•c（B）{\;}^{b}}{k{\;}_{逆}•c（C）{\;}^{c}•c（D）{\;}^p9vv5xb5}$=$\frac{{K}_{正}}{{K}_{逆}}$•$\frac{0.5×1.5{\;}^{3}}{0.5×0.5}$=36；
故答案為：3：16； 36．

點評 本題為綜合題，涉及反應熱的計算、化學平衡平衡移動影響因素、化學平衡常數計算，題目難度較大，解題關鍵需掌握化學平衡理論，注意三段式的應用．