Question

研究和开发CO₂和CO的创新利用是环境保护和资源利用双赢的课题．
（1）CO可用于合成甲醇．在体积可变的密闭容器中充入4molCO和8molH₂，在催化剂作用下合成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）（Ⅰ），平衡时CO的转化率与温度、压强的关系如图所示：
①该反应的逆反应属于

 

（填“吸热”或“放热”）反应．
②在0.1Mpa、100℃的条件下，该反应达到平衡时容器体积为开始容器体积的

 

倍．（结果保留两位小数）
③在温度不变的情况下，再向平衡体系中充入4molCO和8molH₂，达到平衡时，平衡常数K

 

（填“增大”、“减小”或“不变”），CO的转化率将

 

（填“增大”、“减小”或“不变”）．
（2）在反应（Ⅰ）中需要用到H₂做反应物，以甲烷为原料制取氢气是工业上常用的制氢方法．
已知：CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g）△H=+206.2kJ?mol^-1
CH₄（g）+CO₂（g）=2CO（g）+2H₂（g）△H=+247.4kJ?mol^-1
则CH₄和 H₂O（g）反应生成CO₂和H₂的热化学方程式为：

 

．
（3）在反应（Ⅰ）中制得的CH₃OH既可以做燃料，还可以与氧气组成碱性燃料电池，电解质溶液是20%-30%的KOH溶液．则该染料电池放电时，负极的电极反应式为

 

．
（4）在1.0L密闭容器中放入0.10molA（g），在一定温度进行如下反应：
A（g）?B（g）+C（g）△H=+85.1kJ?mol^-1；反应时间（t）与容器内气体总压强（p）的数据见下表：

时间t/h	0	1	2	4	8	16	20	25	30
总压强p/100kPa	4.91	5.58	6.32	7.31	8.54	9.50	9.52	9.53	9.53

回答下列问题：由压强P和起始压强P₀计算反应物A的转化率为

 

（保留一位小数），列式并计算反应的平衡常数K：

 

．（结果保留一位小数）

Answer 1

考点：化学平衡的影响因素,原电池和电解池的工作原理,化学平衡建立的过程

专题：基本概念与基本理论

分析：（1）①图象分析，一氧化碳的转化率随温度升高减小，正反应为放热反应，逆反应为吸热反应；
②在0.1Mpa、100℃的条件下，一氧化碳的转化率为0.5，依据平衡三段式列式计算，体积之比等于气体物质的量之比；
③体积可变的密闭容器中充入4mol CO，8mol H₂，浓度不变；平衡常数只随温度变化；
（2）依据热化学方程式和盖斯定律计算得到所需热化学方程式；
（3）依据原电池原理，原电池中负极是燃料失电子发生氧化反应，生成的二氧化碳在碱溶液中生成碳酸盐；
（4）相同条件下压强之比等于物质的量之比，反应前后物质的量的增大是反应的A的物质的量，结合转化率概念计算得到；依据化学平衡三段式列式计算平衡浓度达到平衡常数．

解答： 解：（1）①图象分析，一氧化碳的转化率随温度升高减小，正反应为放热反应，逆反应为吸热反应；
故答案为：吸热；
②0.1Mpa、100℃的条件下，一氧化碳的转化率为0.5，消耗一氧化碳物质的量为4mol×0.5=2mol，依据平衡三段式得到；
             CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol） 4       8         0
变化量（mol） 2       4         2
平衡量（mol） 2       4         2
则反应达到平衡时容器体积和开始容器体积之比：V（平）：V（起）=n（平）：n（起）=8：12=0.67
反应达到平衡时容器体积为开始容器体积的0.67倍；
故答案为：0.67；
③平衡常数随温度变化，温度不变，平衡常数不变；在温度和压强不变的情况下，再向平衡体系中充入4mol CO，8mol H₂，体积增大，平衡不移动，故CO的转化率不变；
故答案为：不变；不变；
（2）①CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g）△H=+206.2kJ?mol^-1
②CH₄（g）+CO₂（g）=2CO（g）+2H₂（g）△H=+247.4kJ?mol^-1
依据盖斯定律计算，①×2-②则CH₄和H₂O（g）反应生成CO₂和H₂的热化学方程式为CH₄（g）+2H₂O（g）=CO₂（g）+4H₂（g）△H=+165.0 kJ?mol^-1；
故答案为：CH₄（g）+2H₂O（g）=CO₂（g）+4H₂（g）△H=+165.0 kJ?mol^-1；
（3）CH₃OH 即可以做燃料，还可以与氧气组成碱性燃料电池，电解质溶液是20%～30%的KOH溶液．则该燃料电池放电时是原电池，负极上是甲醇失电子发生氧化还原反应生成碳酸盐，反应的电极反应式为：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O；
（4）反应前后气体物质的量增大为反应的A的量，所以由总压强p和起始压强p₀计算反应物A的转化率α（A）的表达式=

P-P0

P0

×100%=（

P

P0

-1）×100%；
平衡时A的转化率=

9.53-4.91

4.91

×100%=94.1%，
                A（g）?B（g）+C（g ）
起始量（mol/L） 0.10    0      0
变化量（mol/L） 0.10×94.1% 0.10×94.1% 0.10×94.1%
平衡量（mol/L）0.10（1-94.1%） 0.10×94.1% 0.10×94.1%
K=

[B]?[C]

[A]

=

(0.0941mol/L)2

0.10×(1-94.1%)

=1.5mol/L
故答案为：94.1%；K=

[B]?[C]

[A]

=

(0.0941mol/L)2

0.10×(1-94.1%)

=1.5mol/L．

点评：本题考查图象分析，原电池原理电极反应书写，化学平衡影响因素的分析判断，平衡常数理解，热化学方程式和盖斯定律的计算应用，压强关系和物质的量的计算应用，化学平衡计算方法，图表数据处理方法的分析判断，题目难度中等．