Question

【題目】CO、CO2是含碳元素的常見氣體，也是參與碳循環(huán)的重要物質(zhì)。研究和深度開發(fā)CO、CO2的應(yīng)用對(duì)構(gòu)建生態(tài)文明社會(huì)具有重要的意義。

（1）CO可用于煉鐵，已知：

Fe2O3(s) + 3C(s)＝2Fe(s) + 3CO(g) ΔH1＝+489.0 kJ·mol－1；

C(s) +CO2(g)＝2CO(g) ΔH2＝+172.5 kJ·mol－1

則CO還原Fe2O3(s)的熱化學(xué)方程式為______________________________。

（2）甲醇是重要的化工原料，利用煤化工中生產(chǎn)的CO和H2可制取甲醇，發(fā)生的反應(yīng)為CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)。實(shí)驗(yàn)室中，在1L恒容的密閉容器中進(jìn)行模擬合成實(shí)驗(yàn)。將1 mol CO和2 mol H2通入容器中，分別恒溫在300℃和500℃反應(yīng)，每隔一段時(shí)間測得容器內(nèi)CH3OH的濃度如下表所示：

	10min	20min	30min	40min	50min	60min
300 ℃	0.40	0.60	0.75	0.84	0.90	0.90
500 ℃	0.60	0.75	0.78	0.80	0.80	0.80

①300℃和500℃對(duì)應(yīng)的平衡常數(shù)大小關(guān)系為K300℃_________K500℃（填“>”、“=”或“<”）。

②下列關(guān)于該反應(yīng)的說法正確的是______________（填選項(xiàng)字母,下同）

A．該反應(yīng)在任何溫度下都能自發(fā)進(jìn)行

B．升高溫度，正反應(yīng)速率減小，逆反應(yīng)速率增大，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)

C．溫度一定時(shí)，壓強(qiáng)不再隨時(shí)間變化可以說明反應(yīng)達(dá)到了平衡狀態(tài)

D．使用高效催化劑，ΔH會(huì)增大

③300 ℃時(shí)，前10 min內(nèi)，該反應(yīng)的平均反應(yīng)速率為v(H2)＝___mol/(L·min)。

④下列措施能夠增大此反應(yīng)中CO的轉(zhuǎn)化率的是_________。

A. 充入CO氣體 B. 升高溫度

C. 使用優(yōu)質(zhì)催化劑 D. 往容器中再充入1 mol CO和2 mol H2

⑤500 ℃時(shí)，保持反應(yīng)體系的溫度不變，60min時(shí)再向容器中充入CH3OH氣體和H2各0.4mol，反應(yīng)將向___（填“正反應(yīng)方向”、“逆反應(yīng)方向”或“不”）進(jìn)行。再次達(dá)到平衡時(shí)的平衡常數(shù)為____________L2/mol2。

（3）以TiO2／Cu2Al2O4為催化劑，可以將CO2和CH4直接轉(zhuǎn)化成乙酸。在不同溫度下催化劑的催化效率與乙酸的生成速率的關(guān)系見下圖。當(dāng)乙酸的生成速率主要取決于溫度時(shí)，其影響范圍是__________________。

Answer 1

【答案】Fe2O3(s)+ 3CO(g)＝2Fe(s)+ 3CO2(g) △H ＝－28.5kJ·mol—1 ＞ C 0.08 D 正反應(yīng)方向 25 300℃～400℃

【解析】

根據(jù)蓋斯定律計(jì)算熱化學(xué)方程式中的反應(yīng)熱。根據(jù)外界條件對(duì)反應(yīng)速率和平衡的影響分析一氧化碳的轉(zhuǎn)化率的變化。根據(jù)某時(shí)刻的濃度商和平衡常數(shù)的比較分析該時(shí)刻的進(jìn)行方向。

(1) ① Fe2O3(s) + 3C(s)＝2Fe(s) + 3CO(g) ΔH1＝+489.0 kJ·mol－1；②C(s) +CO2(g)＝2CO(g) ΔH2＝+172.5 kJ·mol－1，根據(jù)蓋斯定律分析，有①-②×3得熱化學(xué)方程式為： Fe2O3(s)+ 3CO(g)＝2Fe(s)+ 3CO2(g) △H ＝+489.0kJ/mol-172.5kJ/mol×3=－28.5kJ·mol—1 。

(2) ①從表中數(shù)據(jù)分析，溫度升高，甲醇平衡物質(zhì)的量濃度減小，說明升溫平衡逆向移動(dòng)，則平衡常數(shù)變小 ；

②A．該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，熵減，所以該反應(yīng)在低溫下能自發(fā)進(jìn)行，故錯(cuò)誤；B．升高溫度，正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率都增大，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，故錯(cuò)誤；C．溫度一定時(shí)，壓強(qiáng)不再隨時(shí)間變化說明氣體總物質(zhì)的量不變，可以說明反應(yīng)達(dá)到了平衡狀態(tài)，故正確；D．使用高效催化劑，不影響反應(yīng)熱，故ΔH不會(huì)改變，故錯(cuò)誤。故選C；

③300 ℃時(shí)，前10 min內(nèi)，該反應(yīng)的平均反應(yīng)速率為v(CH3OH)＝0.40mol/L/10min=0.04 mol/(L·min)，根據(jù)化學(xué)計(jì)量數(shù)計(jì)算v(H2)=0.08 mol/(L·min)。

④A. 充入CO氣體，平衡正向移動(dòng)，但一氧化氮的轉(zhuǎn)化率不能提高，故錯(cuò)誤；B. 升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，一氧化碳的轉(zhuǎn)化率不能提高，故錯(cuò)誤；C. 使用優(yōu)質(zhì)催化劑不影響平衡，故錯(cuò)誤；D. 往容器中再充入1 mol CO和2 mol H2，相當(dāng)于加壓，平衡正向移動(dòng)，提高一氧化碳的轉(zhuǎn)化率，故正確。故選D。

⑤500 ℃時(shí)，

CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)

起始濃度 1 2 0

改變濃度 0.8 1.6 0.8

平衡濃度 0.2 0.4 0.8

平衡常數(shù)= ，保持反應(yīng)體系的溫度不變，60min時(shí)再向容器中充入CH3OH氣體和H2各0.4mol，Qc= <K，則反應(yīng)向正反應(yīng)方向進(jìn)行。再次達(dá)到平衡，平衡常數(shù)不變，為25。

(3)從圖分析，在 300℃～400℃，溫度升高，乙酸的生成速率加快，但催化劑的催化效率降低，說明此階段中乙酸的生成速率主要取決于溫度，故答案為300℃～400℃。