Question

2．
（1）将碳与水蒸气在高温下反应制得水煤气．水煤气的主要成分是CO和H₂，两者的体积比约为l：l．
已知：C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO（g）△H=-111.0kJ•mol^-1；
 H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（g）△H=-242.0kJ•mol^-1．
写出由C（s）与H₂O（g）反应生成水煤气的热化学方程式：C（s）+H₂O（g）=H₂（g）+CO（g）△H=+131kJ•mol^-1．
 （2）为减弱温室效应，有一种思路是将CO₂转化成其它可燃物质．工业上已实现CO₂和H₂反应生成甲醇的转化．已知：在一体积恒定为1L的恒温密闭容器中充入l mol CO₂和
3mol H₂，一定条件下发生反应：CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）
△H=-50.0kJ/mol，测得CO₂和CH₃OH（g）的浓度随时间变化如右图所示．请回答：
①反应进行到10min时放出的热量为37.5kJ．
②在前10min内，用H₂浓度的变化表示的反应速率v（H₂）=0.225 mol•L^-1•min^-1．
③能判断该反应达到化学平衡状态的依据是ABF．
A．容器压强不变                   B．混合气体中c（CO₂）不变
C．vCH₃OH）=vH₂O）             D．c（CH₃OH）=c（H₂O）
E．混合气体的密度不变              F．混合气体的平均相对分子质量不变
④该反应平衡常数的表达式为$\frac{c（C{H}_{3}OH）c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}$．
⑤反应达到平衡后，若往平衡体系中再加入1mol CO₂、3mol H₂并达到新的平衡，与原平衡相比，CO₂的物质的量浓度增大（填“增大”“不变”或“减小”，下同），H₂的转化率增大．

Answer 1

分析 （1）已知：①C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO（g）△H=-111.0kJ•mol^-1，
②H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（g）△H=-242.0kJ•mol^-1，
根据盖斯定律①-②可得C（s）+H₂O（g）=H₂（g）+CO（g），据此计算；
（2）①由图知反应在10min达到平衡，反应二氧化碳0.75mol，根据热化学方程式计算此时放出的热量；
②由二氧化碳的转化量计算氢气的转化量，根据v=$\frac{△c}{△t}$计算速率；
③根据化学平衡时正逆反应速率相等，各组分含量保持不变分析各选项；
④根据化学平衡常数为生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积之比计算K；
⑤往平衡体系中再加入1mol CO₂、3mol H₂，达到的新平衡相当于对两个相同的原平衡压缩体积达到的新平衡状态，根据压强对化学平衡的影响可得．

解答 解：（1）已知：①C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO（g）△H=-111.0kJ•mol^-1；
②H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（g）△H=-242.0kJ•mol^-1．
根据盖斯定律①-②可得C（s）+H₂O（g）=H₂（g）+CO（g）△H=+131 kJ•mol^-1；
故答案为：C（s）+H₂O（g）=H₂（g）+CO（g）△H=+131 kJ•mol^-1；
（2）①由图知反应在10min达到平衡，二氧化碳为0.25mol，则反应二氧化碳为：1mol-0.25mol=0.75mol，从题可知1mol二氧化碳充分反应放热50kJ的热量，则0.75mol二氧化碳反应放出的热量为：0.75×50=37.5KJ；
故答案为：37.5kJ；
②前10min内，反应二氧化碳0.75mol，根据化学方程式，反应氢气为：0.75mol×3=2.25mol，则用氢气表示的反应速率为：$\frac{2.25mol÷1L}{10min}$=0.225mol•L^-1•min^-1；
故答案为：0.225；
③A．反应气体体积前后改变，恒容体系压强改变，平衡时，容器压强不变，故正确；                   
B．平衡时，混合气体中c（CO₂）不变，故正确；
C．vCH₃OH）=vH₂O，为说明正逆反应速率，故错误；             
D．c（CH₃OH）=c（H₂O），不能说明反应达到平衡，故错误；
E．混合气体的总质量不变，恒容混合气体体积不变，则混合气体的密度始终不变，故错误；              
F．混合气体的总质量不变，混合气体总物质的量减小，混合气体的平均相对分子质量变大，平衡时，很合气体的平均相对分子质量不变，故正确；
故答案为：ABF；
④反应：CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）的化学平衡常数表达式为：$\frac{c（C{H}_{3}OH）c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}$，
故答案为：$\frac{c（C{H}_{3}OH）c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}$；
⑤再加入1mol CO₂、3mol H₂，达到的新状态可看做是两个原来的平衡压缩体积达到的平衡状态，若平衡不移动，CO₂的物质的量浓度为原来的两倍，H₂的转化率不变，但该反应是个气体体积减小的反应，增大压强，化学平衡正向移动，则CO₂的物质的量浓度比原来大，但是比原来两倍小，H₂的转化率增大；
故答案为：增大；增大．

点评 本题主要考查了化学反应速率的计算，化学平衡的特征，平衡常数的表达式书写、影响化学平衡的因素等知识点，中等难度，解题要注意基础知识的运用．