Question

【題目】研究燃料的燃燒和對污染氣體產(chǎn)物的無害化處理，對于防止大氣污染有重要意義。

(1)將煤轉(zhuǎn)化為清潔氣體燃料。

已知：2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) △H=-484kJ/mol；

C(s)+O2(g)=CO(g) △H=-110.5kJ/mol

寫出焦炭與水蒸氣反應(yīng)制H2和CO的熱化學(xué)方程式_________。

(2)已知一定溫度和壓強下，由H2和CO反應(yīng)合成優(yōu)質(zhì)燃料甲醇：

CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H=-91kJ/mol

①在相同條件下要想得到182kJ熱量，加入各物質(zhì)的物質(zhì)的量可能是________

A.2molCO和4molH2 B.2molCO、1molCH3OH和4molH2

C.4molCO和4molH2 D.4molCO和6molH2

②將1molCO和2molH2充入一密閉容器中，保持恒溫恒壓時進行反應(yīng)，達到平衡時，測得CO的轉(zhuǎn)化率為20％，若在相同條件下，起始時在該容器中充入CH3OH(g)，反應(yīng)達到平衡時的熱量變化是______(填“吸收”或“放出”)_______kJ熱量。

Ⅱ.在1.0L恒容密閉容器中放入0.10molA(g)，在一定溫度進行如下反應(yīng)。

A(g)2B(g)+C(g)+D(s) △H=+85.5kJ/mol

容器內(nèi)氣體總壓強(p)與起始壓強p0的比值隨反應(yīng)時間(t)變化數(shù)據(jù)見下表(提示：密閉容器中的壓強比等于氣體物質(zhì)的量之比)。

回答下列問題：

(3)下列能提高A的轉(zhuǎn)化率的是___。

A.升高溫度 B.向體系中通入A氣體

C.減少D的物質(zhì)的量 D.向體系中通入稀有氣體He

(4)相同條件下，若該反應(yīng)從逆向開始，建立與上述相同的化學(xué)平衡，則D的取值范圍_________。

(5)將容器改為恒壓容器，改變條件，使反應(yīng)達到相同的限度，則達到平衡時B的濃度為________。

Answer 1

【答案】C(s)+2H2O(g)=CO(g)+2H2(g) △H=+132.5kJ/mol D 吸收 72.8 A >0.03 0.0583mol/L

【解析】

(1)根據(jù)已知反應(yīng)方程式，利用蓋斯定律解答；

(2)①由反應(yīng)方程式可知生成1mol的CH3OH時放熱91kJ，想得到182kJ熱量，則需生成2molCH3OH；由于反應(yīng)是可逆反應(yīng)，不可能完全進行到底，所以要得到2molCH3OH，CO與H2物質(zhì)的量必須要多于2mol和4mol；

②已知反應(yīng)：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H=-91kJ/mol，則有CH3OH(g) CO(g)+2H2(g)；△H=+91kJ/mol，保持恒溫恒壓，將1mol CO和2mol H2充入一密閉容器中與起始時在該容器中充入1molCH3OH(g)，為等效平衡狀態(tài)，平衡時兩種不同的途徑平衡狀態(tài)相同，各物質(zhì)的含量、物質(zhì)的量等都相同，以此計算；

(3)提高反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率，使得化學(xué)平衡正向進行的因素均可以(但是不能加入物質(zhì)本身)；

(4)根據(jù)可逆反應(yīng)中反應(yīng)物不能完全轉(zhuǎn)化分析；

(5)根據(jù)溫度不變，化學(xué)平衡常數(shù)不變分析。

(1)已知：①2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) △H=-484kJ/mol

②C(s)+O2(g)=CO(g) △H=-110.5kJ/mol

根據(jù)蓋斯定律，②-×①，整理可得：C(s)+2H2O(g)=CO(g)+2H2(g) △H=+132.5kJ/mol；

(2)①由反應(yīng)方程式可以知道生成1mol的CH3OH時放熱91kJ，想得到182kJ熱量，則需生成2molCH3OH；因為反應(yīng)是可逆反應(yīng)，不可能完全進行到底，所以要得到2molCH3OH，CO與H2物質(zhì)的量必須要多于2mol和4mol，故合理選項是D；

②對于反應(yīng) CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H=-91kJ/mol，開始時n(CO)=1mol，n(H2)=2mol，保持恒溫恒壓時進行反應(yīng)，達到平衡時，測得CO的轉(zhuǎn)化率為20％，則此時n(CH3OH)=0.2mol，n(CO)=1mol-0.2mol=0.8mol，n(H2)=2mol-0.4mol=1.6mol，若在相同條件下，起始時在該容器中充入CH3OH(g)，反應(yīng)達到平衡時各種氣體的物質(zhì)的量應(yīng)該相同。由該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式可知：生成1molCH3OH放熱91kJ，分解1molCH3OH吸熱91kJ，那么分解0.8mol甲醇，吸熱熱量Q=91kJ ×0.8=72.8kJ；

(3)該反應(yīng)的正反應(yīng)為氣體體積增大的吸熱反應(yīng)。

A.升高溫度，化學(xué)平衡向吸熱的正反應(yīng)分析移動，A的轉(zhuǎn)化率增大，A正確；

B.體系中通入A氣體，平衡正向移動，但平衡移動的趨勢是微弱的，因此A的轉(zhuǎn)化率減小，B錯誤；

C.由于物質(zhì)D是固體，所以減少D的物質(zhì)的量，對化學(xué)平衡移動無影響，因此A的轉(zhuǎn)化率不變，C錯誤；

D.向體系中通入稀有氣體He，使體系壓強增大，但是各組分濃度不變，不會引起平衡的移動，A的轉(zhuǎn)化率不變，D錯誤；

故合理選項是A；

(4)在恒溫恒容時，氣體的壓強與氣體的物質(zhì)的量呈正比，根據(jù)表格數(shù)據(jù)可知平衡時氣體壓強是開始時的2.40倍，則平衡時氣體的物質(zhì)的量是開始時的2.4倍，反應(yīng)開始時n(A)=0.10mol，平衡時n(總)=0.24mol，氣體物質(zhì)的量增加了0.24mol-0.1mol=0.14mol，根據(jù)方程式中物質(zhì)反應(yīng)關(guān)系可知：每有1molA反應(yīng)，氣體的物質(zhì)的量會增加2mol，同時產(chǎn)生1molD，則增加了0.14mol，反應(yīng)了A是0.07mol，還有A物質(zhì)是物質(zhì)的量是0.03mol，產(chǎn)生B是0.14mol，產(chǎn)生C是0.07mol，產(chǎn)生D是0.07mol，相同條件下，若該反應(yīng)從逆向開始，建立與上述相同的化學(xué)平衡，則產(chǎn)生0.0molA會消耗D物質(zhì)的量是0.03mol，反應(yīng)物不能完全轉(zhuǎn)化，所以D的取值范圍n(D)＞0.03mol；

(5)根據(jù)(4)分析可知在反應(yīng)達到平衡時n(A)=0.03mol，n(B)=0.14mol，n(C)=0.07mol，容器的容積為1.0L，所以c(A)=0.03mol/L，c(B)=0.14mol/L，c(C)=0.07mol/L，化學(xué)平衡常數(shù)K=；將容器改為恒壓容器，改變條件，使反應(yīng)達到相同的限度，假設(shè)反應(yīng)達到平衡時B的濃度為x，則C濃度為0.5x，A的濃度為(0.1-0.5x)，帶入平衡常數(shù)表達式中，=，解得x=0.0583mol/L，即達到平衡時B的濃度等于0.0583mol/L。