Question

【题目】燃煤产生的烟气中含有较多的CO2、CO、SO2等影响环境的气体。如何综合利用这些气体一直是科研单位研究的热点。

(1)已知：

反应	热化学方程式	平衡常数
①	2CO2(g)＋6H2(g) CH3OCH3(g)＋3H2O(g)　ΔH1	K1
②	CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g) ΔH2	K2
③	2CO(g)＋4H2(g) CH3OCH3(g)＋H2O(g)　ΔH3	K3

则ΔH1＝___________(用ΔH2、ΔH3表示)；K3＝____________(用K1、K2表示)。

(2)针对反应①研究发现，该反应中CO2的平衡转化率随反应温度、投料比[n(H2)/n(CO2)]的变化曲线如图：

①ΔH1______(填写“>”或“<”)0；

②若其他条件不变，仅仅增大压强， 则逆反应速率____________(填“增大”、“减小”或“不变”，下同)，平衡常数K____________。

(3)研究发现，催化剂可以促使烟气CO、SO2转化为CO2、S。反应原理为：2CO(g)＋SO2(g) 2CO2(g)＋S(l)　ΔH＝-270 kJ·mol-1

①其他条件相同，研究发现，分别选取Fe2O3、NiO、Cr2O3作上述反应的催化剂时，SO2的转化率随反应温度的变化如图，研究得出，应该选择Fe2O3作催化剂，主要原因可能是______________；

②若在2 L恒容密闭容器中，将3 mol CO、1 molSO2混合，在一定条件下引发反应，当SO2的平衡转化率为40%时，此时K＝________；

③向反应容器中再分别通入下列气体，可以使SO2转化率增大的是____(填序号)。

A．CO　　　B．SO2　　　C．N2　　　D．H2S　　　E．CO2

(4)一定温度下，向某体积不变的密闭容器中通入一定量的CO(g)和H2O(g)发生反应CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)，下列图像分别代表焓变（ΔH）、混合气体平均相对分子质量（）、气体密度（ρ）、CO2体积分数φ(CO2)与反应时间的关系，其中正确且能表明该可逆反应达到平衡状态的是________(填序号)。

A. B. C. D.

Answer 1

【答案】ΔH3-2ΔH2 K1K22 < 增大 不变 在相对较低的温度下可获得较高的SO2转化率，从而节约能源 0.44 A D

【解析】

(1)根据盖斯定律可知：反应①=反应③-2×反应②，可求ΔH1，K3；
(2)①观察图象，随温度升高，CO2的平衡转化率逐渐减小，结合平衡移动原理可知该反应为吸热还是放热反应；
②结合反应速率、平衡常数的影响因素回答即可；
(3)①条件的选择关键在于在使用较低成本，较少时间，而能够达到较高转化率；
②已知起始量3 mol CO、1molSO2，SO2的平衡转化率为40%，代入三段式即可求出各物质平衡量，即可求出K；
③结合平衡移动影响因素选择恰当的物质；
(4)可逆反应达到平衡状态时，各物质浓度、物质的量、百分含量等数据不再变化，特别注意混合气体平均相对分子质量等相关物理量的计算。

(1)根据盖斯定律可知：反应①=反应③-2×反应②，则ΔH1=ΔH3-2ΔH2，K3=K1×K22；

答案为：ΔH3-2ΔH2；K1K22；
(2)①由图可知，升高温度，CO2的平衡转化率降低，则正反应为放热反应，ΔH1＜0，

答案为：＜；
②增大压强，正逆反应速率均增大，K只与温度有关，平衡常数K不变；

答案为：增大；不变；
(3)①选择Fe2O3作催化剂，原因是在相对较低的温度下可获得较高的SO2转化率，从而节约能源；

答案为：在相对较低的温度下可获得较高的SO2转化率，从而节约能源；
②将3 mol CO、1molSO2，因为SO2的平衡转化率为40%，则△n(SO2)=1 mol×40%=0.4mol，将数据代入三段式：因为容积为2L，则平衡时c(CO)=1.1mol/L，c(SO2)=0.3mol/L，c(CO2)=0.4mol/L， 则；

答案为：0.44；

③增加CO浓度，可以使平衡正向移动，进而使SO2转化率增大；

答案为：A；
(4)A. 焓变指可逆反应完全反应的能量变化，与平衡移动无关，故A错；
B. 对于反应CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)，由于气体总质量与气体总物质的量在任意时刻均不变，则混合气体平均相对分子质量为定值，故B错；
C. 对于反应CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)，由于气体总质量与容器体积不变，则气体密度为定值，故C错；
D. CO2体积分数平衡前一直改变，平衡后不再变化，可以说明达到平衡状态，故D正确；
答案为：D。