Question

12．（1）已知：①CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）△H=-41kJ•mol^-1
②C（s）+2H₂（g）?CH₄（g）△H=-73kJ•mol^-1
③2CO（g）?C（s）+CO₂（g）△H=-171kJ•mol^-1
则CO₂（g）+4H₂（g）?CH₄（g）+2H₂O（g）△H=-162kJ•mol^-1．
（2）其他条件相同时，CO和H₂按物质的量比1：3进行反应：CO（g）+3H₂（g）?CH₄（g）+H₂O（g）
H₂的平衡转化率在不同压强下，随温度的变化如图1所示．

①实际生产中采用图中M点而不是N点对应的反应条件，运用化学反应速率和平衡知识，同时考虑生产实际，说明选择该反应条件的理由与N点条件相比，选用M点条件时，虽然H₂转化率低些，但温度较高，反应速率较快，压强为常压对设备要求不高，综合成本低．
②M点的平衡常数K_p=$\frac{\frac{0.9}{2.2}×1.01×1{0}^{5}×\frac{0.9}{2.2}×1.01×1{0}^{-5}}{\frac{0.1}{2.2}×1.01×1{0}^{-5}×（\frac{0.3}{2.2}×1.01×1{0}^{-5}）^{3}}$．（只列算式．K_p的表达式是将平衡分压代替平衡浓度．某物质的平衡分压=总压×该物质的物质的量分数）
（3）如表示在一定条件下的1L的密闭容器中，X、Y、C三种气体因发生反应，三种气体的物质的量随时间的变化情况．表是3mol X和1mol Y在一定温度和一定压强下反应，达到平衡时C的体积分数（C%）．

压强/MPa C% 速度/℃	0.1	10	20
200	15.3	81.5	86.4
300	2.2	a	64.2
400	0.4	25.1	38.2
500	0.1	10.6	19.1

①X、Y、C三种气体发生反应的化学方程式为Y+3X?2C．
②表中a的取值范围是25.1＜a＜64.2．
③根据如图3和上表分析，25min～40min内图中曲线发生变化的原因可能是缩小容器体积或增大压强；50min～65min内曲线发生变化的原因可能是增加C的物质的量或增大C的浓度．

Answer 1

分析 （1）依据热化学方程式和盖斯定律计算②+③-①×2 得到得到所需热化学方程式；
（2）①依据热化学方程式结合盖斯定律计算得到热化学方程式，CO（g）+3H₂（g）?CH₄（g）+H₂O（g），反应是气态体积减小反应，结合影响化学反应速率、催化剂活性、压强对设备需求、经济效益分析；
②K_p的表达式是将平衡分压代替平衡浓度．某物质的平衡分压=总压×该物质的物质的量分数；
（3）①图象分析可知XY为反应物，C为生成物，X物质的量消耗3mol-9×0.25mol=0.75mol，Y消耗物质的量=0.25mol，C生成物质的量为0.5mol，物质的量之比等于化学方程式计量数之比，据此写出化学方程式；
②Y+3X?2C，反应是气体体积减小的反应，定义一二法分析图表中数据判断，温度一定C%随压强变化，压强一定，温度变化C%变化得到a的取值；
③25min～40min内图中曲线发生变化，XY减少速率增大，C增加速率增大，可能是增大压强速率增大，平衡正向进行，XY物质的量减小，C物质的量增加．

解答 解：（1）①CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）△H=-41kJ•mol^-1
②C（s）+2H₂（g）?CH₄（g）△H=-73kJ•mol^-1
③2CO（g）?C（s）+CO₂（g）△H=-171kJ•mol^-1
盖斯定律计算②+③-①×2 得到CO₂（g）+4H₂（g）═CH₄（g）+2H₂O（g）△H=-162 kJ•mol^-1，
故答案为：-162 kJ•mol^-1；
（2）①依据盖斯定律计算，
①CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）△H=-41kJ•mol^-1
②C（s）+2H₂（g）?CH₄（g）△H=-73kJ•mol^-1
③2CO（g）?C（s）+CO₂（g）△H=-171kJ•mol^-1
②+③-①得到CO（g）+3H₂（g）?CH₄（g）+H₂O（g），△H=-203KJ/mol
反应是气态体积减小的放热反应，低温高压促进平衡正向进行，图象分析可知，与N点条件相比，选用M点条件时，虽然H₂转化率低些，但温度较高，反应速率较快，压强为常压对设备要求不高，综合成本低，
故答案为：与N点条件相比，选用M点条件时，虽然H₂转化率低些，但温度较高，反应速率较快，压强为常压对设备要求不高，综合成本低；     
②M点氢气转化率为90%，CO和H₂按物质的量比1：3，设为1mol、3mol，结合化学反应三行计算得到平衡物质的量，计算物质的平衡分压=总压×该物质的物质的量分数，得到平衡常数，压强为1.01×10⁵，
                      CO（g）+3H₂（g）?CH₄（g）+H₂O（g）
起始量（mol）  1           3                   0               0
变化量（mol）  0.9        2.7                0.9          0.9
平衡量（mol）  0.1        0.3                0.9           0.9
总物质的量=2.2mol，
M点的平衡常数K_p=$\frac{\frac{0.9}{2.2}×1.01×1{0}^{5}×\frac{0.9}{2.2}×1.01×1{0}^{-5}}{\frac{0.1}{2.2}×1.01×1{0}^{-5}×（\frac{0.3}{2.2}×1.01×1{0}^{-5}）^{3}}$，
故答案为：$\frac{\frac{0.9}{2.2}×1.01×1{0}^{5}×\frac{0.9}{2.2}×1.01×1{0}^{-5}}{\frac{0.1}{2.2}×1.01×1{0}^{-5}×（\frac{0.3}{2.2}×1.01×1{0}^{-5}）^{3}}$；
（3）①图象分析可知XY为反应物，C为生成物，X物质的量消耗3mol-9×0.25mol=0.75mol，Y消耗物质的量=0.25mol，C生成物质的量为0.5mol，物质的量之比等于化学方程式计量数之比，据此写出化学方程式：Y+3X?2C，
故答案为：Y+3X?2C；
②Y+3X?2C，反应是气体体积减小的反应，压强一定，温度升高C的体积分数减小，说明正反应为放热反应，10Mpa，温度升高平衡逆向进行C体积分数减小，a＞25.1，图表中温度一定压强增大平衡正向进行，a＜64.2，则a取值25.1＜a＜64.2，
故答案为：25.1＜a＜64.2；
③25min～40min内图中曲线发生变化，XY减少速率增大，C增加速率增大，可能是增大压强速率增大，平衡正向进行，XY物质的量减小，C物质的量增加，改变的条件是缩小容器体积或增大压强，50min～65min内曲线发生变化的原因可能是增加C的物质的量或增大C的浓度，
故答案为：缩小容器体积或增大压强；增加C的物质的量或增大C的浓度．

点评 本题考查了化学反应热化学方程式和焓变的计算分析，平衡影响因素、平衡常数计算、图象变化和数据变化的判断，掌握基础是解题关键，题目难度中等．