Question

14．2009年10月15日新华社报道：全国农村应当在“绿色生态•美丽多彩•低碳节能•循环发展”的理念引导下，更快更好地发展“中国绿色村庄”，参与“亚太国际低碳农庄”建设．可见“低碳循环”已经引起了国民的重视，试回答下列问题：
（1）．煤的气化和液化可以提高燃料的利用率．
已知25℃、101kPa时：
①C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO（g）△H=-126.4kJ/mol
②2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（l）△H=-571.6kJ/mol
③H₂O（g）═H₂O（l）△H=-44kJ/mol
则在25℃、101kPa时：C（s）+H₂O（g）═CO（g）+H₂（g）△H=+115.4kJ•mol^-1．
（2）．高炉炼铁是CO气体的重要用途之一，其基本反应为：FeO（s）+CO（g）?Fe（s）+CO₂（g）△H＞0
已知在1 100℃时，该反应的化学平衡常数K=0.263．
①该反应的化学平衡常数表达式为$\frac{c（C{O}_{2}）}{c（CO）}$
温度升高，化学平衡移动后达到新的平衡，此时平衡常数K值增大（填“增大”“减小”或“不变”）．
②1 100℃时测得高炉中，c（CO₂）=0.025mol/L，c（CO）=0.1mol/L，则在这种情况下，该反应是否处于化学平衡状态？否（填“是”或“否”），反应向因为Q_c=$\frac{c（C{O}_{2}）}{c（CO）}$=0.25＜K=0.263（填“正”或“逆”） 方向进行．
（3）．目前工业上可用CO₂来生产燃料甲醇，有关反应为：
CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ/mol．
现向体积为1L的容积固定的密闭容器中，充入1mol CO₂和3mol H₂，反应过程中测得CO₂和CH₃OH（g）的浓度随时间的变化如图所示．
①从反应开始到平衡，氢气的平均反应速率v（H₂）=0.225mol/（L•min）．
②下列措施能使$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（C{O}_{2}）}$ 增大的是BD（填字母）．
A．升高温度      B．再充入H₂ C．再充入CO₂ D．将H₂O（g）从体系中分离
E．充入He（g），使体系压强增大      F．若维持容器内压强不变，充入He（g）
（4）有人提出，可以设计反应2CO=2C+O₂（△H＞0、△S＜0）来消除CO的污染．请你判断是否可行并说出理由否，该反应是一个焓增、熵减的反应，任何情况下不能自发进行．

Answer 1

分析 （1）依据化学方程式和盖斯定律计算得到；
（2）①平衡常数K=$\frac{生成物平衡浓度幂次方乘积}{反应物平衡浓度幂次方乘积}$；反应是吸热反应，温度升高平衡正向进行，平衡常数增大；
②依据浓度商和平衡常数比较判断平衡移动的方向；
（3）①依据图象分析，达到平衡时物质的浓度变化，结合反应速率概念计算得到；
②CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ•mol^-1．依据平衡移动方向分析判断$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（C{O}_{2}）}$变化；
A．升高温度平衡逆向进行，$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（C{O}_{2}）}$减小；
B．再充入H₂ 平衡正向进行，$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（C{O}_{2}）}$增大；
C．再充入CO₂  平衡正向进行，$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（C{O}_{2}）}$减小；
D．将H₂O（g）从体系中分离平衡正向进行，$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（C{O}_{2}）}$增大；
E．充入He（g），使体系压强增大，分压不变，平衡不动，$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（C{O}_{2}）}$不变；
（4）根据△G的大小判断反应能否进行．

解答 解：（1）①C（s）+1/2O₂（g）=CO（g）△H=-126.4kJ•mol^-1
②2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l）△H=-571.6kJ•mol^-1
③H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44kJ•mol^-1
依据盖斯定律①-$\frac{②}{2}$+③得到C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H=+115.4 kJ•mol^-1；
则在25℃，101kPa时：C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H=+115.4 kJ•mol^-1；
故答案为：+115.4 kJ•mol^-1；
（2）①FeO（s）+CO（g）?Fe（s）+CO₂（g），反应的平衡常数K=$\frac{c（C{O}_{2}）}{c（CO）}$，FeO（s）+CO（g）=Fe（s）+CO₂（g）△H＞0，温度升高，化学平衡移动后达到新的平衡，平衡正向进行，平衡常数增大，
故答案为：$\frac{c（C{O}_{2}）}{c（CO）}$；增大；
②1100℃时测得高炉中，c（CO₂）=0.025mol•L^-1，c（CO）=0.1mol•L^-1，则在这种情况下，Q_c=$\frac{c（C{O}_{2}）}{c（CO）}$=$\frac{0.025mol/L}{0.1mol/L}$=0.25＜K=0.263；反应未达到平衡，正向进行，
故答案为：否；因为Q_c=$\frac{c（C{O}_{2}）}{c（CO）}$=0.25＜K=0.263；
（3）①②CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），依据图象分析达到平衡后，c（CH₃OH）=0.75mol/L，c（CO₂）=0.25mol/L，反应消耗的氢气浓度c（H₂）=2.25mol/L，氢气的平均反应速率v（H₂）=$\frac{2.25mol/L}{10min}$=0.225 mol/（L•min），
故答案为：0.225 mol/（L•min）；
③CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ•mol^-1．依据平衡移动方向分析判断$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（C{O}_{2}）}$变化；
A．升高温度平衡逆向进行，$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（C{O}_{2}）}$减小；
B．再充入H₂ 平衡正向进行，$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（C{O}_{2}）}$增大；
C．再充入CO₂ 平衡正向进行，$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（C{O}_{2}）}$减小；
D．将H₂O（g）从体系中分离平衡正向进行，$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（C{O}_{2}）}$增大；
E．充入He（g），使体系压强增大，分压不变，平衡不动，$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（C{O}_{2}）}$不变；
故答案为：BD；
（4）反应2CO=2C+O₂（△H＞0、△S＜0），则△G=△H-T•△S＞0，反应是一个焓增、熵减的反应，任何情况下不能自发进行；
故答案为：否，该反应是一个焓增、熵减的反应，任何情况下不能自发进行．

点评 本题考查了热化学方程式和盖斯定律的计算应用，平衡盘点和平衡常数的计算应用，反应速率图象分析判断，影响平衡因素的分析应用，题目难度中等．