Question

20．研究CO₂的利用对促进低碳社会的构建具有重要的意义．
（1）将CO₂与焦炭作用生成CO，CO可用于炼铁等．
已知：Fe₂O₃（s）+3C（s）=2Fe（s）+3CO（g）；△H₁=+489.0kJ•mol^-1
C（s）+CO₂（g）=2CO（g）；△H₂=+172.5kJ•mol^-1．则CO还原Fe₂O₃的热化学方程式为Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5kJmol^-1
（2）某实验将CO₂和H₂充入一定体积的密闭容器中，在两种不同条件下发生反应：CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ•mol^-1，测得CH₃OH的物质的量随时间的变化如图1所示，请回答下列问题：
①该反应的平衡常数的表达式为K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}$．
②曲线Ⅰ、Ⅱ对应的平衡常数大小关系为K_Ⅰ大于_K_Ⅱ（填“大于”、“等于”或“小于”）．
③在如图2a、b、c三点中，H₂的转化率由高到低的顺序是a＞b＞c（填字母）．
（3）在其他条件不变的情况下，将容器体积压缩到原来的1/2，与原平衡相比，下列有关说法正确的是bc．
a．氢气的浓度减小
b．正反应速率加快，逆反应速率也加快
c．甲醇的物质的量增加
d．重新平衡时n（H₂）/n（CH₃OH）增大
（4）在恒温恒容条件下，起始加入的反应物不变，要增大CH₃OH 的产率，可以采取的有效措施是
增大压强．

Answer 1

分析 （1）①Fe₂O₃（s）+3C（石墨）=2Fe（s）+3CO（g）△H₁=+489.0kJmol^-1
②C（石墨）+CO₂（g）=2CO（g）△H₂=+172.5kJmol^-1
由盖斯定律①-②×3计算；
（2）①平衡常数表达式K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}$；
②II平衡时间小于I，说明II反应速率大于I，且平衡时II中CH₃OH的物质的量小于I，说明平衡向逆反应方向移动，则只能是升高温度，温度越高，化学平衡常数越小；
③增加氢气的量平衡正向移动，但氢气的转化率越来越小；
（3）增大压强，正、逆反应速率都增大，平衡向正反应方向，平衡时各组分的浓度都增大，据此判断；
（4）起始加入的反应物不变，要增大CH₃OH 的产率，即通过改变温度或者压强使平衡正向移动，据此判断．

解答 解：（1）①Fe₂O₃（s）+3C（石墨）=2Fe（s）+3CO（g）△H₁=+489.0kJmol^-1
②C（石墨）+CO₂（g）=2CO（g）△H₂=+172.5kJmol^-1
由盖斯定律①-②×3得到Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5kJmol^-1，故答案为Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5kJmol^-1；
（2）①CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）可知，K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}$，故答案为：$\frac{c（C{H}_{3}OH）c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}$；
②II平衡时间小于I，说明II反应速率大于I，且平衡时II中CH₃OH的物质的量小于I，说明平衡向逆反应方向移动，则只能是升高温度，即II的温度大于I，温度越高，平衡向逆反应方向移动，导致化学平衡常数越小，所以K_Ⅰ＞K_Ⅱ，故答案为：大于；
③增加氢气的量平衡正向移动，但氢气的转化率越来越小，所以H₂的转化率由高到低的顺序是a＞b＞c，故答案为：a＞b＞c；
（3）a．增大压强，平衡时氢气的浓度增大，故a错误；
b．增大压强，反应物、生成物的浓度都增大，故正、逆反应速率都加快，故b正确；
c．增大压强平衡向正反应方向移动，甲醇的物质的量增加，故c正确；
d．增大压强平衡向正反应方向移动，氢气的物质的量减小、甲醇的物质的量增大，故重新平衡时$\frac{n（H{\;}_{2}）}{n（CH{\;}_{3}OH）}$减小，故d错误，
故答案为：bc；
（4）起始加入的反应物不变，要增大CH₃OH 的产率，即通过降低温度或者增大压强使平衡正向移动，又恒温恒容条件下，所以只能增大压强，故答案为：增大压强．

点评 本题综合性较大，涉及盖斯定律的应用、化学平衡常数、化学平衡影响因素等，题目难度中等．