Question

研究和開發(fā)CO₂和CO的創(chuàng)新利用是環(huán)境保護和資源利用雙贏的課題．
（1）CO可用于合成甲醇．在體積可變的密閉容器中充入4molCO和8molH₂，在催化劑作用下合成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）（Ⅰ），平衡時CO的轉化率與溫度、壓強的關系如圖所示：
①該反應的逆反應屬于

 

（填“吸熱”或“放熱”）反應．
②在0.1Mpa、100℃的條件下，該反應達到平衡時容器體積為開始容器體積的

 

倍．（結果保留兩位小數(shù)）
③在溫度不變的情況下，再向平衡體系中充入4molCO和8molH₂，達到平衡時，平衡常數(shù)K

 

（填“增大”、“減小”或“不變”），CO的轉化率將

 

（填“增大”、“減小”或“不變”）．
（2）在反應（Ⅰ）中需要用到H₂做反應物，以甲烷為原料制取氫氣是工業(yè)上常用的制氫方法．
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
則CH₄和 H₂O（g）反應生成CO₂和H₂的熱化學方程式為：

 

．
（3）在反應（Ⅰ）中制得的CH₃OH既可以做燃料，還可以與氧氣組成堿性燃料電池，電解質溶液是20%-30%的KOH溶液．則該染料電池放電時，負極的電極反應式為

 

．
（4）在1.0L密閉容器中放入0.10molA（g），在一定溫度進行如下反應：
A（g）?B（g）+C（g）△H=+85.1kJ?mol^-1；反應時間（t）與容器內(nèi)氣體總壓強（p）的數(shù)據(jù)見下表：

時間t/h	0	1	2	4	8	16	20	25	30
總壓強p/100kPa	4.91	5.58	6.32	7.31	8.54	9.50	9.52	9.53	9.53

回答下列問題：由壓強P和起始壓強P₀計算反應物A的轉化率為

 

（保留一位小數(shù)），列式并計算反應的平衡常數(shù)K：

 

．（結果保留一位小數(shù)）

Answer 1

考點：化學平衡的影響因素,原電池和電解池的工作原理,化學平衡建立的過程

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）①圖象分析，一氧化碳的轉化率隨溫度升高減小，正反應為放熱反應，逆反應為吸熱反應；
②在0.1Mpa、100℃的條件下，一氧化碳的轉化率為0.5，依據(jù)平衡三段式列式計算，體積之比等于氣體物質的量之比；
③體積可變的密閉容器中充入4mol CO，8mol H₂，濃度不變；平衡常數(shù)只隨溫度變化；
（2）依據(jù)熱化學方程式和蓋斯定律計算得到所需熱化學方程式；
（3）依據(jù)原電池原理，原電池中負極是燃料失電子發(fā)生氧化反應，生成的二氧化碳在堿溶液中生成碳酸鹽；
（4）相同條件下壓強之比等于物質的量之比，反應前后物質的量的增大是反應的A的物質的量，結合轉化率概念計算得到；依據(jù)化學平衡三段式列式計算平衡濃度達到平衡常數(shù)．

解答： 解：（1）①圖象分析，一氧化碳的轉化率隨溫度升高減小，正反應為放熱反應，逆反應為吸熱反應；
故答案為：吸熱；
②0.1Mpa、100℃的條件下，一氧化碳的轉化率為0.5，消耗一氧化碳物質的量為4mol×0.5=2mol，依據(jù)平衡三段式得到；
             CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol） 4       8         0
變化量（mol） 2       4         2
平衡量（mol） 2       4         2
則反應達到平衡時容器體積和開始容器體積之比：V（平）：V（起）=n（平）：n（起）=8：12=0.67
反應達到平衡時容器體積為開始容器體積的0.67倍；
故答案為：0.67；
③平衡常數(shù)隨溫度變化，溫度不變，平衡常數(shù)不變；在溫度和壓強不變的情況下，再向平衡體系中充入4mol CO，8mol H₂，體積增大，平衡不移動，故CO的轉化率不變；
故答案為：不變；不變；
（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
依據(jù)蓋斯定律計算，①×2-②則CH₄和H₂O（g）反應生成CO₂和H₂的熱化學方程式為CH₄（g）+2H₂O（g）=CO₂（g）+4H₂（g）△H=+165.0 kJ?mol^-1；
故答案為：CH₄（g）+2H₂O（g）=CO₂（g）+4H₂（g）△H=+165.0 kJ?mol^-1；
（3）CH₃OH 即可以做燃料，還可以與氧氣組成堿性燃料電池，電解質溶液是20%～30%的KOH溶液．則該燃料電池放電時是原電池，負極上是甲醇失電子發(fā)生氧化還原反應生成碳酸鹽，反應的電極反應式為：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O；
（4）反應前后氣體物質的量增大為反應的A的量，所以由總壓強p和起始壓強p₀計算反應物A的轉化率α（A）的表達式=

P-P0

P0

×100%=（

P

P0

-1）×100%；
平衡時A的轉化率=

9.53-4.91

4.91

×100%=94.1%，
                A（g）?B（g）+C（g ）
起始量（mol/L） 0.10    0      0
變化量（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
故答案為：94.1%；K=

[B]?[C]

[A]

=

(0.0941mol/L)2

0.10×(1-94.1%)

=1.5mol/L．

點評：本題考查圖象分析，原電池原理電極反應書寫，化學平衡影響因素的分析判斷，平衡常數(shù)理解，熱化學方程式和蓋斯定律的計算應用，壓強關系和物質的量的計算應用，化學平衡計算方法，圖表數(shù)據(jù)處理方法的分析判斷，題目難度中等．