Question

15．“低碳循环”引起各国的高度重视，已知煤、甲烷等可以与水蒸气反应生成以CO和H₂为主的合成气，合成气有广泛应用．试回答下列问题：
（1）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1100℃时，该反应的化学平衡常数K=0.263．
①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”）；
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，该反应向右进行（填“左”或“右”），判断依据是因为Qc=$\frac{c（C{O}_{2}）}{c（CO）}$=0.25＜0.263．
（2）目前工业上也可用CO₂来生产燃料甲醇，有关反应：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ•mol^-1，现向体积为1L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该反应的化学平衡常数表达式为K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}$；
②反应达到平衡时，氢气的转化率 α（H₂）=75%；
③反应达到平衡后，下列措施能使$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（C{O}_{2}）}$增大的是BD（填序号）．
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）

Answer 1

分析 （1）①△H＞0为吸热反应，升高温度，平衡正向移动；
②1100℃时测得高炉中，c（CO₂）=0.025mol•L^-1，c（CO）=0.1mol•L^-1，计算Qc与K=0.263比较判断平衡移动；
（2）①K为生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比；
②CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
开始 1               3                    0              0
转化 0.75           0.225             0.75         0.75
平衡  0.25          0.75                0.75         0.75
以此计算转化率；
③措施能使$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（C{O}_{2}）}$增大，应使平衡正向移动，但不能增加CO₂的量，以此来解答．

解答 解：（1）①△H＞0为吸热反应，升高温度，平衡正向移动，则平衡常数K值增大，故答案为：增大；
②1100℃时测得高炉中，c（CO₂）=0.025mol•L^-1，c（CO）=0.1mol•L^-1，Qc=$\frac{c（C{O}_{2}）}{c（CO）}$=$\frac{0.025mol/L}{0.1mol/L}$=0.25＜0.263，则平衡向右移动，
故答案为：右；因为Qc=$\frac{c（C{O}_{2}）}{c（CO）}$=0.25＜0.263；
（2）①K为生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比，由反应可知K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}$，
故答案为：K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}$；
②CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
开始 1               3                    0              0
转化 0.75           0.225             0.75         0.75
平衡  0.25          0.75                0.75         0.75
反应达到平衡时，氢气的转化率 α（H₂）=$\frac{0.225mol}{3mol}$×100%=75%，
故答案为：75%；
③措施能使$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（C{O}_{2}）}$增大，应使平衡正向移动，但不能增加CO₂的量，
A．升高温度，该反应放热，升高温度，平衡向着逆向移动，使$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（C{O}_{2}）}$减小，故A错误；
B．再充入H₂，平衡向着正向移动，使$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（C{O}_{2}）}$增大，故B正确；
C．再充入CO₂，平衡向着正向移动，但是二氧化碳浓度增加的大于甲醇增大浓度，使$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（C{O}_{2}）}$减小，故C错误；
D．将H₂O（g）从体系中分离，平衡向着正向移动，使$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（C{O}_{2}）}$增大，故D正确；
E．体积不变时充入He（g），各组分浓度不变，平衡不移动，使$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（C{O}_{2}）}$不变，故E错误；
故答案为：BD．

点评 本题考查化学平衡常数及计算，为高频考点，把握平衡常数的意义、化学平衡的计算及平衡移动的影响因素等为解答的关键，侧重分析与应用能力的考查，注意K及转化率的计算，题目难度中等．