Question

【題目】合成氨工業(yè)涉及固體燃料的氣化，需要研究CO2與CO之間的轉(zhuǎn)化。為了弄清其規(guī)律，讓一定量的CO2與足量碳在體積可變的密閉容器中反應(yīng)：C(s)＋CO2(g)2CO(g) H，測得壓強、溫度對CO、CO2的平衡組成的影響如圖所示：

回答下列問題：

（1）p1、p2、p3的大小關(guān)系是______________，欲提高C與CO2反應(yīng)中CO2的平衡轉(zhuǎn)化率，應(yīng)采取的措施為 。圖中a、b、c三點對應(yīng)的平衡常數(shù)大小關(guān)系是____________。

（2）900 ℃、1.013 MPa時，1 mol CO2與足量碳反應(yīng)達(dá)平衡后容器的體積為V，CO2的轉(zhuǎn)化率為_________，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝ 。

（3）將（2）中平衡體系溫度降至640 ℃，壓強降至0.1013 MPa，重新達(dá)到平衡后CO2的體積分?jǐn)?shù)為50%。條件改變時，正反應(yīng)和逆反應(yīng)速率如何變化？_______，二者之間有何關(guān)系？____________________。

（4）一定條件下，在CO2與足量碳反應(yīng)所得平衡體系中加入H2和適當(dāng)催化劑，有下列反應(yīng)發(fā)生：CO(g)＋3H2(g)CH4(g)＋H2O(g) H1＝-206.2 kJ/mol

CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) H2＝-41.2 kJ/mol

① 則二氧化碳與氫氣反應(yīng)轉(zhuǎn)化為甲烷和水蒸氣的熱化學(xué)方程式是_________________。

② 已知298 K時相關(guān)化學(xué)鍵鍵能數(shù)據(jù)為：

化學(xué)鍵	H—H	O—H	C—H
E/(kJ·mol-1)	436	465	413	1076

則根據(jù)鍵能計算，H1＝ ，它與上述實測值差異較大的原因可能是 。

Answer 1

【答案】

（1）p1＜p2＜p3；升高溫度、降低壓強；Ka＝Kb＜Kc；

（2）66.7%； (或用Kp計算：＝3.2×1.013 MPa＝3.2416 MPa)；

（3）正反應(yīng)和逆反應(yīng)速率均減小；v(正)＜v(逆)；

（4）① CO2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋2H2O(g) H＝-165.0 kJ/mol；

② -198 kJ/mol；反應(yīng)溫度、壓強不同，鍵能數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確；

【解析】

試題分析：（1）C(s)＋CO2(g)2CO(g) 反應(yīng)屬于氣體物質(zhì)的量增大的反應(yīng)，壓強越大，CO的百分含量越小，，根據(jù)越小，有p1＜p2＜p3；根據(jù)圖像，升高溫度，增大，說明H＞0，因此欲提高C與CO2反應(yīng)中CO2的平衡轉(zhuǎn)化率，可以采取的措施有升高溫度、降低壓強；溫度不變，平衡常數(shù)不變，升高溫度，平衡常數(shù)增大，圖中a、b、c三點對應(yīng)的平衡常數(shù)大小關(guān)系為Ka＝Kb＜Kc，故答案為：p1＜p2＜p3；升高溫度、降低壓強；Ka＝Kb＜Kc；

（2）根據(jù)圖像，900 ℃、1.013 MPa，平衡時CO的體積百分含量為80%。

C(s)＋CO2(g)2CO(g)

起始(mol)1 0

反應(yīng) x 2x

平衡 1-x 2x

則×100%=80%，解得x=，

CO2的轉(zhuǎn)化率為÷1=66.7%；

該反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝=，故答案為：66.7%；；

（3）降低溫度和壓強，正反應(yīng)和逆反應(yīng)速率均減小，重新達(dá)到平衡后CO2的體積分?jǐn)?shù)為50%，說明平衡逆向移動，則v(正)＜v(逆) ，故答案為：正反應(yīng)和逆反應(yīng)速率均減小；v(正)＜v(逆)；

（4）① A．CO(g)＋3H2(g)CH4(g)＋H2O(g) H1＝-206.2 kJ/mol，B．CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g) H2＝-41.2 kJ/mol，根據(jù)蓋斯定律，將a-b得CO2(g)＋4H2(g) CH4(g)＋2H2O(g) H＝(-206.2 kJ/mol)-(-41.2 kJ/mol)=-165.0 kJ/mol，故答案為：CO2(g)＋4H2(g) CH4(g)＋2H2O(g) H＝-165.0 kJ/mol；

② H =反應(yīng)物的鍵能之和-生成物的鍵能之和，H1＝(1076+3×436)-(4×413+2×465)=-198 kJ/mol，上述實測值差異較大的原因是反應(yīng)溫度、壓強不同，鍵能數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，故答案為：-198 kJ/mol；反應(yīng)溫度、壓強不同，鍵能數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確；