Question

3．环境问题正引起全社会关注，CO、CO₂的应用对构建生态文明有重要意义
（Ⅰ）工业生产中已知3H₂（g）+CO₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O （g）△H=-49.5KJ/mol
H₂（g）+CO₂（g）?CO（g）+H₂O （g）△H=+41.3KJ/mol
（1）写出由H₂ 和CO  制 CH₃OH 的热化学方程式CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）△H=-90.8KJ/mol
（2）H₂ 和CO 能自发反应生成CH₃OH的条件是低温
（3）某温度下（1）中的平衡常数为1.2，能使平衡常数变为2的下列条件有D
A．增大压强  B．增大CO的浓度   C．升高温度   D．降低温度   E．使用催化剂
（4）在一定温度下密闭容器中，按H₂与CO₂体积比3：1进行投料，3H₂+CO₂?CH₃OH+H₂O 反应达到平衡的标志有BC
A．平衡常数不变                           B．CO₂的转化率不变
C．混和气体的平均相对分子质量不再改变     D．混合气体的密度不变
（Ⅱ） 将不同物质的量的H₂O（g）和 CO分别通入体积为2L的恒容密闭容器中，发生反应：H₂O（g）+CO（g）fCO₂（g）+H₂（g）△H，得到如下数据：

实验	温度/℃	起始量/mol		平衡量/mol		达到平衡所需时间/min
		H2O	CO	CO	H2
I	650	2	4	2.4	1.6	5
II	900	1	2	1.6	0.4	3
III	900	2	1	a	b	t

（1）650℃时，若在此容器中开始充入2molH₂O（g）、lmolCO、1molCO₂和2molH₂，则反应在开始时正向进行（填“正向”或“逆向”）．
（2）达平衡时实验Ⅱ和实验Ⅲ中H₂O（g）的转化率的大小关系为：a₂（HO）＞a₃（H₂O）（填“＞”、“＜”或“=”）．
（Ⅲ） 一定条件下反应：6H₂（g）+2CO₂（g）?C₂H₅OH （g）+3H₂O（g）△H它的有关数据如图1所示．
（1）下列说法正确的是C
A．曲线Ⅰ对应的反应物起始物质的量为1.5      B．达平衡时，v（H₂）_正=v（CO₂）_逆
C．a点对应的H₂的平衡转化率为90%             D．b点对应的平衡常数K值大于c点

（2）温度为T₁时CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），在体积为2升的密闭 容器中加入0.4molCO₂和0.4mol H₂，第4分钟达到平衡，反应中H₂O的浓度变化情况如图所示，在第5分钟时向体系中再充入0.2molCO₂和0.2mol H₂，（其它条件不变），第8分钟达平衡，请在图2中画出5到9分钟的H₂O的浓度变化曲线．

Answer 1

分析 （Ⅰ）（1）依据热化学方程式和盖斯定律计算得到所需热化学方程式；
（2）反应自发进行的判断依据是△H-T△S＜0；
（3）平衡常数随温度变化，某温度下，（1）中反应的平衡常数K=0.25，改变下述条件可使K=2.04，说明改变温度平衡正向进行；
（4）从化学平衡的定义来看，判断一个可逆反应是否达到平衡有两个标志：一是正逆反应速率相等，二是各组分的浓度不再变化；平衡常数随温度变化，依据平衡常数概念结合平衡常数变化和平衡移动原理分析平衡发生移动的方向；根据外界条件对反应速率的影响分析判断速率变化，提高物质转化率的方法是增加另一种物质，分离出生成物，改变温度、压强平衡正向进行；
（Ⅱ）（1）考查平衡常数的应用，比较Qc与K的关系，要使反应向 正方向进行应满足Qc小于K；
（2）反应物有两种或两种以上，增大一种反应物的量可以提高另一种反应物的转化率；
（3）根据外界条件对反应速率的影响分析判断，降低温度、减小浓度、减小压强等都减小反应速率；
（Ⅲ）（1）A、根据转化率无法判断起始量；
B、根据速率之比等于计量数之比可知，达平衡时，v（H₂）_正=3v（CO₂）_逆；
C、利用三段式计算，设起始H₂为2mol，则CO₂为1mol，
           6H₂ +2CO₂?C₂H₅OH+3H₂O
起始（mol） 2     1      0    0
转化（mol）1.8   0.6
平衡（mol）0.2   0.4
H₂的平衡转化率为$\frac{1.8}{2}$×100%=90%；
D、b点温度高于c点，根据温度对平衡常数的影响作判断；
（2）在体积为2L的密闭容积中加入0.4molCO₂和0.4molH₂，第4分钟达到平衡，水的浓度为0.1mol/L，在第5分钟时，向体系中再充入0.2molCO₂和0.2mol H₂（其他条件不变），平衡逆向移动，水的浓度增大，曲线起始时水的浓度为0.1mol/L，随反应进行第8分钟达到平衡，此时水的浓度结合化学平衡常数计算得到，据此画出曲线的变化．

解答 解：（Ⅰ）（1）①CO₂（g）+3H₂（g）?CH₂OH（g）+H₂O（g）△H=-49.5kJ•mol^-1
②CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）△H=+41.3kJ•mol^-1
盖斯定律计算①-②得到由CO和H₂制取甲醇的热化学方程式为：CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）△H=-90.8KJ/mol，
故答案为：CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）△H=-90.8KJ/mol；
（2）CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）△H=-90.8KJ/mol，反应的焓变△H＜0，△S＜0，满足△H-T△S＜0的自发进行的反应条件为低温；
故答案为：低温；
（3）平衡常数随温度变化，某温度下，（1）中反应的平衡常数K=0.25，改变下述条件可使K=2.04，说明改变温度平衡正向进行，钙反应是放热反应，实验降低温度平衡正向进行，故选D；
故答案为：D；
（4）反应Ⅰ，CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ•mol^-1，反应是气体体积减小的放热反应，在一定温度下反应达到平衡的标志是正逆反应速率相同；在一定温度下反应达到平衡的标志是：
A．平衡常数K只与温度有关，与是否达到平衡状态无关，故A错误；
B．CO₂的转化率不再变化，即反应达到限度，是平衡状态，故B正确；
C．反应后气体的物质的量减少，质量不变，所以混合气体的平均相对分子质量逐渐增大，当混合气体的平均相对分子质量不再改变时即是平衡状态，故C正确；
D．反应物和生成物都是气体，气体质量不变，容器体积不变时，气体密度始终不变，所以密度不变不能说明反应达到平衡状态，故D错误；
故答案为：BC；
故答案为：cd；
（Ⅱ）（1）650℃时，若在此容器中开始充入2mol H₂O（g）、1mol CO、1mol CO₂和 2 mol H₂，此时Qc=$\frac{c（C{O}_{2}）•c（{H}_{2}）}{c（{H}_{2}O）•c（CO）}$=$\frac{0.5×1}{1×0.5}$=1，要使反应向正反向进行需满足条件：Qc＜K，反应正向进行；
故答案为：正向；
（2）反应物有两种或两种以上，增大一种反应物的量可以提高另一种反应物的转化率，a₂（H₂O）＞a₃（H₂O），
故答案为：＞；
（Ⅲ）（1）A、根据图中转化率无法判断起始量，故A错误；
B、根据速率之比等于计量数之比可知，达平衡时，v（H₂）_正=3v（CO₂）_逆，故B错误；
C、利用三段式计算，设起始H₂为2mol，则CO₂为1mol，
           6H₂ +2CO₂?C₂H₅OH+3H₂O
起始（mol） 2     1      0    0
转化（mol）1.8   0.6
平衡（mol）0.2   0.4
H₂的平衡转化率为$\frac{1.8}{2}$×100%=90%，故C正确；
D、b点温度高于c点，该反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，所以b点的平衡常数小于c点，故D错误；
故答案为：C；
（2）在体积为2L的密闭容积中加入0.4molCO₂和0.4molH₂，第4分钟达到平衡，水的浓度为0.1mol/L，在第5分钟时，向体系中再充入0.2molCO₂和0.2mol H₂（其他条件不变），平衡逆向移动水的浓度增大，曲线起始时水的浓度为0.1mol/L，随反应进行第8分钟达到平衡，此时水的浓度，结合平衡常数计算得到；
               CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），
起始量（mol/L）  0      0        0.2     0.2
变化量（mol/L）  0.1    0.1      0.1      0.1
平衡量（mol/L）  0.1    0.1      0.1     0.1
平衡常数K=1
 在第5分钟时，向体系中再充入0.2molCO₂和0.2molH₂（其他条件不变），平衡逆向移动，水的浓度增大，起始量为0.1mol/L．结合化学平衡三段式列式计算，设得到平衡生成水物质的量浓度为x
                CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），
起始量（mol/L）  0.1    0.1      0.2    0.2
变化量（mol/L）  x        x        x       x
平衡量（mol/L） 0.1+x     0.1+x   0.2-x    0.2-x
K=$\frac{（0.2-x）^{2}}{（0.1+x）^{2}}$=1
x=0.05mol/L
平衡后水的平衡浓度为0.1mol/l+0.05mol/L=0.15mol/L，据此画出图象为：，
故答案为：．

点评 本题考查热化学方程式书写，化学平衡影响因素分析，反应速率、反应平衡常数的计算，对图象的分析与平衡移动及平衡状态的特征的理解，难度较大，注意图象起点、终点和过程中变化趋势是画图象的关键．