Question

【题目】以氢为原料的工业生产工艺及氢的获得是科技工作者研究的重要课题。

（1）工业生产中可利用H2还原CO2制备清洁能源甲醇。

①已知CO(g)和H2(g)的燃烧热(△H)分别为-283.0kJ·mol-1、-285.8kJ·mol-1。由H2和CO生成甲醇的热化学方程式为：2H2(g)+CO(g)= CH3OH(1)的△H=-91kJ·mol-1。则3H2(g)+CO2(g)=CH3OH(1)+H2O(1)的△H=____________kJ·mol-1。

②将一定量的CO2和H2充入到某恒容密闭容器中，测得在不同催化剂作用下，相同时间内CO2的转化率如图甲所示。

该反应在a点达到平衡状态，a点转化率比b点的高，其原因是____________。

（2）利用CO和H2O生产H2：CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)。将不同配比的CO(g)和H2O(g)分别通入体积为2L的恒容密闭容器中。有关数据如下表：

①该反应的正反应为________反应(填“吸热”、“放热”)。

②650℃时，下列叙述说明达到化学平衡状态的是_____(填标号)

a．v(CO)：v(H2O)：v(H2)：v(CO2)=1：1：1：1

b．生成n mol CO2(g)的同时生成n mol H2O(g)

c．n mol CO断裂的同时断裂2n mol H—H

d．某时刻，n(CO)：n(H2O)：n(CO2)：n(H2)=6：1：4：4

③900℃时，达平衡时v(H2O)=_______mol·L-1·min-1。(结果保留两位有效数字)

（3）利用工业废气中的H2S热分解制H2：2H2S(g) 2H2(g)+S2(g)。现将0.2molH2S(g)通入某恒压密闭容器中，起始压强p0=aMPa，在不同温度下测得H2S的平衡转化率如图乙所示，则T6℃时，该反应的Kp=________(用含a的代数式表示)。

Answer 1

【答案】－93.8 该反应为放热反应，温度升高，平衡逆向移动 放热 bd 0.17 0.2a MPa

【解析】

（1）①根据CO(g)和H2(g)的燃烧热(△H)分别为-283.0kJ·mol-1、-285.8kJ·mol-1，可写出热化学方程式，（1）CO(g)+1/2O2(g)= CO2(g) △H=-283.0kJ·mol-1（2）H2(g) +1/2O2(g)= H2O(1) △H=-285.8kJ·mol-1，题目已给（3）2H2(g)+CO(g)= CH3OH(1)的△H=-91kJ·mol-1，根据盖斯定律，利用（2）+（3）-（1），可得3H2(g)+CO2(g)=CH3OH(1)+H2O(1) △H= －93.8 kJ·mol-1；

②由图像可知催化剂I的催化效果最佳，该反应为放热反应，温度升高，平衡逆向移动，CO2的转化率降低；

（2）①650℃时，根据三段式进行有关数据处理；

②判断平衡状态的标志是：正反应速率等于逆反应速率但不为零，各成分浓度保持不变；

③900℃时，结合CO的转化率，根据三段式进行有关数据处理；

（3）发生2H2S(g) 2H2(g)+S2(g)反应，由图像可知，温度为T6℃时，H2S平衡转化率为50%。

（1）①根据CO(g)和H2(g)的燃烧热(△H)分别为-283.0kJ·mol-1、-285.8kJ·mol-1，可写出热化学方程式，（1）CO(g)+1/2O2(g)= CO2(g) △H=-283.0kJ·mol-1（2）H2(g) +1/2O2(g)= H2O(1) △H=-285.8kJ·mol-1，题目已给（3）2H2(g)+CO(g)= CH3OH(1)的△H=-91kJ·mol-1，根据盖斯定律，利用（2）+（3）-（1），可得3H2(g)+CO2(g)=CH3OH(1)+H2O(1) △H= －93.8 kJ·mol-1，故答案为：－93.8；

②由图像可知催化剂I的催化效果最佳，该反应为放热反应，温度升高，平衡逆向移动，CO2的转化率降低；故答案为：该反应为放热反应，温度升高，平衡逆向移动；

（2）①650℃时，根据三段式进行有关数据处理：

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

起始/mol 4 2 0 0

转化/mol 1.6 1.6 1.6 1.6

平衡/mol 2.4 0.4 1.6 1.6

故650℃时，CO的转化率1.6/4=0.4>1/3,温度升高，转化率降低，故正反应为放热反应，故答案为：放热；

②判断平衡状态的标志是：正反应速率等于逆反应速率但不为零，各成分浓度保持不变；

a.应该是各成分浓度保持不变，故错误；

b.根据此反应CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)判断，生成n mol CO2(g)，是正反应方向，生成n mol H2O(g)是逆反应方向，故能说明正反应速率等于逆反应速率但不为零，故正确；

c. 断裂 n mol CO是正反应方向，断裂2nmol H—H是逆反应方向，但是物质的量不符合系数比，故不能说明正反应速率等于逆反应速率，故错误；

d. 某时刻，n(CO)：n(H2O)：n(CO2)：n(H2)=6：1：4：4，能说明反应达到平衡状态，故正确；

故选bd；

③900℃时，结合CO的转化率，根据三段式进行有关数据处理：

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

起始/mol 3 2 0 0

转化/mol 1 1 1 1

平衡/mol 2 1 1 1

v(H2O)=1 mol/（2L×3min）≈0.17mol·L-1·min-1

故答案为：0.17；

（3）发生2H2S(g) 2H2(g)+S2(g)反应，由图像可知，温度为T6℃时，H2S平衡转化率为50%,故所消耗H2S的物质的量カ0.20mol×50%=0.1mol,剩余H2S的物质的量カ0.20mol-0.1 mol=0.1 mol，生成H2的物质的量为0.1mol,生成S2的物质的量为0.05 mol,则 p（H2S）=0.4aMPa,p（H2）= 0.4aMPa ，p（S2）=0.2aMPa ，

故平衡常数Kp=（0.4aMPa）2×0.2aMPa/（0.4aMPa）2=0.2a MPa；故答案为：0.2a MPa。