Question

13．二氧化碳重整甲烷制合成氣，對(duì)減輕溫室效應(yīng)、治理生態(tài)環(huán)境具有重要意義．
已知：
反應(yīng)I：CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g）△H₁
反應(yīng)II：CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+2H₂O（g）△H₂=+41KJ•mol^-1
反應(yīng)III：CH₄（g）+H₂O（g）+?CO（g）+3H₂（g）△H₃=+206KJ•mol^-1
回答下列問題：
（1）反應(yīng)I的△H₁₌+247•mol^-1，反應(yīng)III在高溫（填“低溫”、“高溫”或“任何溫度”）自發(fā)進(jìn)行．
（2）在2L恒容密閉容器中通入CO₂用于CH₄各2mol，在一定條件下僅發(fā)生反應(yīng)I，測得CO₂的平衡轉(zhuǎn)化率與壓強(qiáng)、溫度的關(guān)系如，1所示．
①年說明上述反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)的是AD（選填編號(hào)）．
A．V_正（H₂）=V_逆（CO₂）  B．CO與H₂的物質(zhì)的量之比保持不變  C．容器內(nèi)氣體的密度不變  D．容器內(nèi)壓強(qiáng)不變
②據(jù)圖1可知，T₁、T₂、T₃由打到小的順序?yàn)門₁＞T₂＞T₃．
③在壓強(qiáng)為400KPa、T₂℃的條件下，該反應(yīng)6min時(shí)達(dá)到平衡點(diǎn)X，則用H₂表示該反應(yīng)的速率為0.2mol•L^-1•min^-1．該溫度下，反應(yīng)的平衡常數(shù)為12.96．
④如圖2，畫出在一容積可變的密閉容器中，保持T₂℃，從通入CO₂和CH₄開始，隨壓強(qiáng)不斷增大（壓縮容器體積，各物質(zhì)狀態(tài)不發(fā)生改變），CH₄的物質(zhì)的量變化的曲線示意圖．
⑤下列措施中能夠提高該反應(yīng)體系中CO₂捕獲量的是AC．（不考慮溶解吸收）
A．向該反應(yīng)體系中加入K₂CO₃溶液
B．降低反應(yīng)體系的溫度
C．從反應(yīng)體系中分離出H₂和CO
D．向該反應(yīng)體系中加入NH₄Cl溶液

Answer 1

分析 （1）反應(yīng)II和反應(yīng)III加和可以得到反應(yīng)Ⅰ，根據(jù)蓋斯定律計(jì)算反應(yīng)的焓變；根據(jù)反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的判據(jù)△H-T△S＜0來回答；
（2）①化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的濃度不變，由此衍生的一些物理量不發(fā)生變化分析；
②根據(jù)溫度對(duì)化學(xué)平衡移動(dòng)的影響來回答判斷；
③根據(jù)三行式借助v=$\frac{△c}{△t}$來計(jì)算化學(xué)反應(yīng)速率和平衡常數(shù)；
④從通入CO₂和CH₄開始，隨壓強(qiáng)不斷增大，CH₄的物質(zhì)的量逐漸增大，但是達(dá)到化學(xué)平衡以后，甲烷的物質(zhì)的量逐漸減��；
⑤根據(jù)條件的變化硅二氧化碳的量的影響來回答．

解答 解：（1）應(yīng)II和反應(yīng)III嘉禾可以得到反應(yīng)Ⅰ，根據(jù)蓋斯定律，反應(yīng)CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g）△H₁=41KJ•mol^-1+206KJ•mol^-1=+247•mol^-1
，反應(yīng)III的焓變△H＞0，△S＞0，要使得△H-T△S＜0，則需要在高溫下進(jìn)行反應(yīng)，故答案為：+247•mol^-1；高溫；
（2）①AV_正（H₂）=V_逆（CO₂），說明正逆反應(yīng)速率是相等的，達(dá)到了平衡，故A正確；
B．CO與H₂的物質(zhì)的量之比保持不變，不能說明達(dá)到了平衡，故B錯(cuò)誤；
C．容器內(nèi)氣體的密度等于質(zhì)量和體積的比值，質(zhì)量和體系的體積始終不變，所以密度始終是定值，即密度不變不一定平衡，故C錯(cuò)誤錯(cuò)；
D．反應(yīng)是前后氣體的體積變化的反應(yīng)，所以當(dāng)容器內(nèi)壓強(qiáng)不變，達(dá)到了平衡，故D正確，故選AD．
②反應(yīng)CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g）△H₁=+247•mol^-1是吸熱反應(yīng)，溫度越高，平衡正向移動(dòng)，二氧化碳的轉(zhuǎn)化率越大，根據(jù)圖示，壓強(qiáng)恒定，溫度大小順序是：T₁＞T₂＞T₃，故答案為：T₁＞T₂＞T₃；
③在壓強(qiáng)為400KPa、T₂℃的條件下，該反應(yīng)6min時(shí)，
         CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g）
初始濃度：1        1        0        0
變化濃度：0.6      0.6      1.2      1.2
平衡濃度：0.4        0.4     1.2      1.2
用H₂表示該反應(yīng)的速率為$\frac{1.2mol/L}{6min}$=0.2mol•L^-1•min^-1，反應(yīng)的平衡常數(shù)K=$\frac{1．{2}^{2}×1．{2}^{2}}{0.4×0.4}$=12.96，故答案為：0.2mol•L^-1•min^-1；12.96；
④從通入CO₂和CH₄開始，隨壓強(qiáng)不斷增大，CH₄的物質(zhì)的量逐漸增大，但是達(dá)到化學(xué)平衡以后，甲烷的物質(zhì)的量逐漸減小，即如圖所示：，故答案為：；
⑤A．向該反應(yīng)體系中加入K₂CO₃溶液，可以和二氧化碳反應(yīng)，符合題意，故正確；
B．降低反應(yīng)體系的溫度，會(huì)使得平衡逆向移動(dòng)，不符合題意，故錯(cuò)誤；
C．從反應(yīng)體系中分離出H₂和CO，可以促使更多二氧化碳參與反應(yīng)被消耗，故正確；
D．向該反應(yīng)體系中加入NH₄Cl溶液，不會(huì)引起二氧化碳量的變化，故錯(cuò)誤．
故選AC．

點(diǎn)評(píng) 本題綜合考查學(xué)生化學(xué)反應(yīng)焓變的計(jì)算、反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的計(jì)算以及化學(xué)平衡移動(dòng)的影響因素等知識(shí)，屬于綜合知識(shí)的和考察，難度中等．