Question

19．“低碳循環”引起各國的高度重視，已知煤、甲烷等可以與水蒸氣反應生成以CO
和H₂為主的合成氣，合成氣有廣泛應用．試回答下列問題：
（1）高爐煉鐵基本反應為：FeO（s）+CO（g）?Fe（s）+CO₂（g）△H＞0．
已知在1 100℃時，該反應的化學平衡常數K=0.263．
①溫度升高，化學平衡移動后達到新的平衡，此時平衡常數K值增大（填“增大”、“減小”或“不變”）；
②1100℃時測得高爐中，c（CO₂）=0.025mol•L^-1，c（CO）=0.1mol•L^-1，則在這種情況下，該反應向右進行（填“左”或“右”），判斷依據是濃度商Qc=$\frac{c（C{O}_{2}）}{c（CO）}$=$\frac{0.025mol/L}{0.1mol/L}$=0.25＜0.263．
（2）目前工業上也可用CO₂來生產燃料甲醇，有關反應為：
CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ•mol^-1，現向體積為1L
的密閉容器中，充入1mol CO₂和3mol H₂，反應過程中測得CO₂和CH₃OH（g）的濃度隨時間的變化如圖所示．

①從反應開始到平衡，氫氣的平均反應速率v（H₂）=0.225 mol/（L•min）．
②反應達到平衡后，下列措施能使$\frac{[{CH}_{3}OH]}{[{CO}_{2}]}$增大的是BD（填符號）．
A．升高溫度                 B．再充入H₂         C．再充入CO₂
D．將H₂O（g）從體系中分離     E．充入He（g）

Answer 1

分析 （1）①升高溫度平衡向吸熱方向移動，根據平衡移動的方向判斷平衡常數K值變化；
②計算濃度商，與平衡常數比較，可判斷反應是否達到平衡狀態；
（2）①根據CO₂和CH₃OH（g）的濃度隨時間的變化的圖示，先根據甲醇的濃度變化計算出消耗的氫氣的濃度，再計算出氫氣的平均反應速率；
②使$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（C{O}_{2}）}$增大，反應CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）向著正向移動，據此根據平衡移動原理進行分析．

解答 解：（1）①反應吸熱，升高溫度平衡向正反應方向移動，則高爐內CO₂和CO體積比值增大，平衡常數K值增大，
故答案為：增大；
②1100℃時測得高爐中c（CO₂）=0.025mol•L^-1，c（CO）=0.1mol•L^-1，在這種情況下，濃度商Qc=$\frac{c（C{O}_{2}）}{c（CO）}$=$\frac{0.025mol/L}{0.1mol/L}$=0.25＜0.263，所以此時反應未達到化學平衡，反應向著正向進行，正反應速率大于逆反應速率；
故答案為：右； 濃度商Qc=$\frac{c（C{O}_{2}）}{c（CO）}$=$\frac{0.025mol/L}{0.1mol/L}$=0.25＜0.263；
（2）①根據圖示可知，10min達到平衡狀態，甲醇濃度為0.75mol/L，由反應CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）可知，消耗氫氣的濃度為：0.75mol/L×3=2.25mol/L，氫氣平均反應速率為：$\frac{2.25mol/L}{10min}$=0.225mol/（L•min），
故答案為：0.225mol/（L•min）；
②$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（C{O}_{2}）}$增大，反應CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）向著正向移動，
A．升高溫度，該反應放熱，升高溫度，平衡向著逆向移動，$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（C{O}_{2}）}$減小，故A錯誤；
B．再充入H₂，平衡向著正向移動，$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（C{O}_{2}）}$增大，故B正確；
C．再充入CO₂，平衡向著正向移動，但是二氧化碳濃度增加的大于甲醇增大濃度，$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（C{O}_{2}）}$減小，故C錯誤；
D．將H₂O（g）從體系中分離，平衡向著正向移動，$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（C{O}_{2}）}$增大，故D正確；
E．充入He（g），各組分濃度不變，平衡不移動，$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（C{O}_{2}）}$不變，故E錯誤；
故選BD．

點評 本題考查了化學平衡常數的計算判斷，關鍵理解平衡常數是隨溫度變化，平衡常數的計算應用，濃度商和平衡常數比較判斷反應是否平衡，反應進行的方向，題目難度中等．