Question

13．工業(yè)上可以以煤和水為原料通過一系列轉(zhuǎn)化變?yōu)榍鍧嵞茉礆錃饣蚬�業(yè)原料甲醇．
（1）用煤制取氫氣的反應(yīng)是：C（s）+2H₂O（g）?CO₂（g）+2H₂（g）△H＞0
若已知碳的燃燒熱a和氫氣的燃燒熱b不能（填“能”或“不能”）求出上述反應(yīng)的△H．若能則求出其△H（若不能請說明理由）：因為上述反應(yīng)與氫氣燃燒熱的反應(yīng)中水的狀態(tài)不同．
（2）工業(yè)上也可以僅利用上述反應(yīng)得到的CO₂和H₂進(jìn)一步合成甲醇，反應(yīng)方程式為：CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H＜0
①工業(yè)生產(chǎn)過程中CO₂和H₂的轉(zhuǎn)化率后者大（填“前者大”、“后者大”、“一樣大”或“無法判斷”），為了提高甲醇的產(chǎn)率可以采取的措施是降低溫度、增大壓強(qiáng)（填兩點(diǎn)）．
②在一恒溫恒容密閉容器中充入1mol CO₂和3mol H₂進(jìn)行上述反應(yīng)．測得CO₂和CH₃OH（g）濃度隨時間變化如右圖所示．
ⅰ．該溫度下的平衡常數(shù)為5.33．10min后，保持溫度不變，向該密閉容器中再充入1mol CO₂（g）和1mol H₂O（g），則平衡正向（填“正向”、“逆向”或“不”）移動．
ⅱ．對于基元反應(yīng)aA+bB═cC+dD而言，其某一時刻的瞬時速率計算公式如下：正反應(yīng)速率為v_正=k_正•c（A）^a•c（B）^b；逆反應(yīng)速率為v化學(xué)-選修2：化學(xué)與技術(shù)_逆=k_逆•c（C）^c•c（D）^d，其中k_正、k_逆為速率常數(shù)．若將上述反應(yīng)視為基元反應(yīng)則在上述條件下k_逆：k_正=3：16．反應(yīng)進(jìn)行到第3min時正逆反應(yīng)瞬時速率之比為36．

Answer 1

分析 （1）反應(yīng)熱與物質(zhì)的聚集狀態(tài)有關(guān)，聚集狀態(tài)不同，反應(yīng)熱不同；
（2）①可逆反應(yīng)中增大一種反應(yīng)物濃度可以提高另一種反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率；
依據(jù)CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H＜0為氣體體積減小的、放熱反應(yīng)特點(diǎn)結(jié)合影響化學(xué)平衡移動的因素解答；
②．�。�計算平衡時氫氣、水的濃度，再根據(jù)K=$\frac{c（CH{\;}_{3}OH）×c（{H}_{2}O）}{c（CO{\;}_{2}）×{c}^{3}（H{\;}_{2}）}$計算平衡常數(shù)；
保持溫度不變，向該密閉容器中再充入1mol CO₂（g）和1mol H₂O（g），相當(dāng)于增大壓強(qiáng)，增壓平衡向氣體系數(shù)小的方向移動；
ⅱ．平衡時滿足V正=V逆，v_正=k_正•c（A）^a•c（B）^b；V_逆=k_逆•c（C）^c•c（D）^d，則k逆：k正=$\frac{c（CH{\;}_{3}OH）×c（{H}_{2}O）}{c（CO{\;}_{2}）×{c}^{3}（H{\;}_{2}）}$=K；
計算3mim時各物質(zhì)濃度，據(jù)此計算正逆反應(yīng)瞬時速率之比．

解答 解：（1）反應(yīng)熱與物質(zhì)的聚集狀態(tài)有關(guān)，聚集狀態(tài)不同，反應(yīng)熱不同，上述反應(yīng)與氫氣燃燒熱的反應(yīng)中水的狀態(tài)不同，所以不能求出上述反應(yīng)的焓變；
故答案為：不能；因為上述反應(yīng)與氫氣燃燒熱的反應(yīng)中水的狀態(tài)不同；
（2）①C（s）+2H₂O（g）?CO₂（g）+2H₂（g）△H＞0生成二氧化碳和氫氣的物質(zhì)的量之比為1：2，而
CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H＜0，二氧化碳和氫氣物質(zhì)的量之比為1：3，相對與增大二氧化碳濃度，所以氫氣的轉(zhuǎn)化率大于二氧化碳轉(zhuǎn)化率；
CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H＜0為氣體體積減小的、放熱反應(yīng)，要想提高甲醇的產(chǎn)率可以采取的措施是降低溫度、增大壓強(qiáng)使平衡向正向移動；
故答案為：后者大；降低溫度、增大壓強(qiáng)；
②ⅰ平衡時甲醇為0.75mol/L、二氧化碳為0.25mol/L，則：
               CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始濃度（mol/L）：1       3          0       0
變化濃度（mol/L）：0.75    2.25       0.75    0.75
平衡濃度（mol/L）：0.50    0.75       0.75    0.75
則平衡常數(shù)K=$\frac{c（CH{\;}_{3}OH）×c（{H}_{2}O）}{c（CO{\;}_{2}）×{c}^{3}（H{\;}_{2}）}$=$\frac{0.75×0.75}{0.25×0.75{\;}^{3}}$=$\frac{16}{3}$=5.33；
保持溫度不變，向該密閉容器中再充入1mol CO₂（g）和1mol H₂O（g），相當(dāng)于增大壓強(qiáng)，增壓平衡向氣體系數(shù)小的方向移動，即向正方向移動；
故答案為：5.33；正向；
ⅱ平衡時滿足V正=V逆，v_正=k_正•c（A）^a•c（B）^b；V_逆=k_逆•c（C）^c•c（D）^d，
則k逆：k正=$\frac{c（CH{\;}_{3}OH）×c（{H}_{2}O）}{c（CO{\;}_{2}）×{c}^{3}（H{\;}_{2}）}$=K=3：16；
               CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始濃度（mol/L）：1       3          0       0
變化濃度（mol/L）：0.50   1.50     0.50      0.50
3min濃度（mol/L）：0.50    1.50      0.50    0.50
v_正=k_正•c（A）^a•c（B）^b；
V_逆=k_逆•c（C）^c•c（D）^d；
V_正：V_逆=$\frac{{\;}_{k正}•c（A）{\;}^{a}•c（B）{\;}^}{k{\;}_{逆}•c（C）{\;}^{c}•c（D）{\;}^ldnjlbr}$=$\frac{{K}_{正}}{{K}_{逆}}$•$\frac{0.5×1.5{\;}^{3}}{0.5×0.5}$=36；
故答案為：3：16； 36．

點(diǎn)評 本題為綜合題，涉及反應(yīng)熱的計算、化學(xué)平衡平衡移動影響因素、化學(xué)平衡常數(shù)計算，題目難度較大，解題關(guān)鍵需掌握化學(xué)平衡理論，注意三段式的應(yīng)用．