Question

煤的氣化是高效、清潔地利用煤炭的重要途徑之一。

(1)在25⁰C 101kPa時，H₂與O₂化合生成1mol H₂O(g)放出241.8kJ的熱量，其熱化學方程式為

___________

又知: ①C(s)＋O₂(g)═CO₂(g)  △H＝－393.5kJ/mol

②CO(g)＋O₂(g)═CO₂(g)  △H＝－283.0kJ/mol

焦炭與水蒸氣反應是將固體煤變為氣體燃料的方法，C(s)＋H₂O(g)═CO(g)＋H₂(g) △H=____kJ/mol

(2)    CO可以與H₂O(g)進一步發生反應: CO(g)＋H₂O(g)CO₂(g)＋H₂(g) △H＜0在恒容密閉容器中，起始時n(H₂O)=0.20mol，n(CO)＝0.10 mol,在800⁰C時達到平衡狀態，K＝1.0，則平衡時，容器中CO的轉化率是_____________(計算結果保留一位小數)。

(3)    工業上從煤氣化后的混合物中分離出H₂，進行氨的合成，已知反應反應N₂(g)＋3H₂(g2NH₃(g)（△H＜0）在等容條件下進行，改變其他反應條件，在I、II、III階段體系中各物質濃度隨時間變化的曲線如下圖所示：

①N₂的平均反應速率v₁(N₂)、v_II(N₂)、v_III(N₂)從大到小排列次序為________；

②由第一次平衡到第二次平衡，平衡移動的方向  是________，采取的措施是________。

③比較第II階段反應溫度(T₂)和第III階段反應速度（T₃)的高低：T₂________T₃填“〉、=、<”判斷的理由是________________。

 

Answer 1

【答案】

（14分）（1）H₂(g)+ O₂(g)═lH₂O(g)  △H＝－241.8kJ/mol （2分）；＋131.3kJ （1分）

（2）66.7% （2分） （3）①v₁(N₂)＞v_II(N₂)＞v_III(N₂) （3分）

②向正反應方向  從反應體系中移出產物NH₃（3分）

③＞  此反應為放熱反應，降低溫度，平衡向正反應方向移動 （3分）

【解析】

試題分析：（1）在25℃、101kPa時，H₂與O₂化合生成1molH₂O(g)放出241.8kJ的熱量，所以其熱化學方程式為H₂(g)+ O₂(g)═lH₂O(g)  △H＝－241.8kJ/mol。

已知①C(s)＋O₂(g)═CO₂(g)  △H＝－393.5kJ/mol

②CO(g)＋O₂(g)═CO₂(g)  △H＝－283.0kJ/mol

③H₂(g)+ O₂(g)═lH₂O(g)  △H＝－241.8kJ/mol

所以根據蓋斯定律，①－③－②即得到C(s)＋H₂O(g)═CO(g)＋H₂(g)，則反應熱△H＝－393.5kJ/mol＋241.8kJ/mol＋283.0kJ/mol＝＋131.3kJ/mol。

（2）             CO(g)＋H₂O(g)CO₂(g)＋H₂(g)

起始量（mol）     0.1     0.2         0       0

轉化量（mol）      x       x          x       x

平衡量（mol）   0.1－x  0.2－x        x       x

由于反應前后氣體的體積不變，可以用物質的量代替濃度計算平衡常數

即＝1.0

解得x＝

所以平衡時，容器中CO的轉化率是×100%＝66.7%

（3）①根據圖像可知，虛線表示氮氣的濃度變化，則v₁(N₂)＝（2mol/L－1mol/L）÷20min＝0.05mol/（L•min），v_II(N₂)＝（1mol/L－0.62mol/L）÷15min＝0.0253mol/（L•min），v_III(N₂)＝（0.62mol/L－0.5mol/L）÷10min＝0.012mol/（L•min），故N₂的平均反應速率v₁(N₂)＞v_II(N₂)＞v_III(N₂).

②根據圖像可知，第Ⅱ階段氨氣是從0開始的，瞬間反應物氮氣和氫氣濃度不變，因此可以確定第一次平衡后從體系中移出了氨氣，即減少生成物濃度，平衡正向移動。

③第Ⅲ階段的開始與第Ⅱ階段的平衡各物質的量均相等，根據氨氣和氫氣的量減少，氨氣的量增加可判斷平衡是正向移動的。根據平衡開始時濃度確定此平衡移動不可能是由濃度的變化引起的，另外題目所給條件容器的體積不變，則改變壓強也不可能，因此一定為溫度的影響。此反應正向為放熱反應，可以推測為降低溫度，因此達到平衡后溫度一定比第Ⅱ階段平衡時的溫度低，即T₂＞T₃。

考點：考查熱化學方程式的書寫；蓋斯定律的應用；反應速率和平衡常數的計算以及外界條件對反應速率和平衡狀態的影響等