Question

13．研究CO₂的利用對促進低碳社會的構建具有重要的意義．
（1）將CO₂與焦炭作用生成CO，CO可用于煉鐵等．
已知：Fe₂O₃（s）+3C（石墨）═2Fe（s）+3CO（g）△H₁=+489.0kJ•mol^-1
C（石墨）+CO₂（g）═2CO（g）△H₂=+172.5kJ•mol^-1
則CO還原Fe₂O₃的熱化學方程式為Fe₂O₃（s）+3CO（g）=2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5 kJ•mol^-1
（2）某實驗將CO₂和H₂充入一定體積的密閉容器中，在兩種不同溫度條件下反應：
CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ•mol^-1
測得CH₃OH的物質的量隨時間變化如右圖所示，回答問題：
①該反應的平衡常數表達式K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）•c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）•{c}^{3}（{H}_{2}）}$；
②曲線Ⅰ、Ⅱ對應的平衡常數大小關系為：K_Ⅰ＞K_Ⅱ（填“＞”、“=”或“＜”）．
③下列措施中能增大CO₂轉化率的是C．（填序號）
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     D．再充入一定量CO₂
④下列圖象正確且能表明在t時刻反應一定處于平衡狀態的是BC．（填序號）

Answer 1

分析 （1）依據熱化學方程式和蓋斯定律計算得到所需熱化學方程式，①-②×3得到所需熱化學方程式；
（2）①平衡常數表達式K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）•c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）•{c}^{3}（{H}_{2}）}$；
②II平衡時間小于I，說明II反應速率大于I，且平衡時II中CH₃OH的物質的量小于I，說明平衡向逆反應方向移動，則只能是升高溫度，溫度越高，化學平衡常數越小；
③A．正反應是放熱反應，所以升高溫度，平衡逆向移動，二氧化碳轉化率減小；
B．充入He（g）使體系壓強增大，但各組分的濃度不變，平衡不移動；
C．將H₂O（g）從體系中分離，減少生成物的濃度，平衡正向移動，二氧化碳的轉化率變大；     
D．再充入一定量CO₂，平衡正向移動，但本身的轉化率減少；
④A、平衡常數是溫度的函數，溫度不變，平衡常數不變；
B、氣體的平均摩爾質量不變，說明各物質的量不變；
C、壓強不變說明各物質的量不變，反應達平衡狀態；
D、氣體的密度始終不變．

解答 解：（1）①Fe₂O₃（s）+3C（石墨）=2Fe（s）+3CO（g）△H₁=+489.0kJ•mol^-1
②C（石墨）+CO₂（g）=2CO（g）△H₂=+172.5kJ•mol^-1
依據蓋斯定律①-②×3得到熱化學方程式為：Fe₂O₃（s）+3CO（g）=2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5 kJ•mol^-1；
故答案為：Fe₂O₃（s）+3CO（g）=2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5 kJ•mol^-1；
（2）①CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）可知，K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）•c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）•{c}^{3}（{H}_{2}）}$，故答案為：$\frac{c（C{H}_{3}OH）•c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）•{c}^{3}（{H}_{2}）}$；
②II平衡時間小于I，說明II反應速率大于I，且平衡時II中CH₃OH的物質的量小于I，說明平衡向逆反應方向移動，則只能是升高溫度，即II的溫度大于I，溫度越高，平衡向逆反應方向移動，導致化學平衡常數越小，所以K_Ⅰ＞K_Ⅱ，故答案為：＞；
③A．正反應是放熱反應，所以升高溫度，平衡逆向移動，二氧化碳轉化率減小，故不選；
B．充入He（g）使體系壓強增大，但各組分的濃度不變，平衡不移動，故不選；
C．將H₂O（g）從體系中分離，減少生成物的濃度，平衡正向移動，二氧化碳的轉化率變大，故選；     
D．再充入一定量CO₂，平衡正向移動，但本身的轉化率減少，故不選；故選C；
④A、平衡常數是溫度的函數，溫度不變，平衡常數不變，所以不能做平衡狀態的標志，故錯誤；
B、氣體的平均摩爾質量不變，說明各物質的量不變，說明反應達平衡狀態，故正確；
C、壓強不變說明各物質的量不變，反應達平衡狀態，故正確；
D、氣體的密度始終不變，所以不能做平衡狀態的標志，故錯誤；故選BC．

點評 本題考查了熱化學方程式、化學平衡常數的含義和化學平衡移動影響因素即可解答，注意③中增大二氧化碳濃度，平衡雖然向正反應方向移動，但二氧化碳的轉化率減小，比較容易．