7.環(huán)境問題正引起全社會關(guān)注,CO、CO2的應(yīng)用對構(gòu)建生態(tài)文明有重要意義.
(1)工業(yè)上可以利用CO為原料制取CH3OH.
已知:CO2(g)+3H2(g)?CH2OH(g)+H2O(g)△H=-49.5kJ•mol-1
     CO2(g)+H2(g)?CO(g)+H2O(g)△H=+41.3kJ•mol-1
(1)寫出由CO和H2制取甲醇的熱化學(xué)方程式CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g)△H=-90.8KJ/mol;
(2)(1)中反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行的條件是低溫;
(3)某溫度下,(1)中反應(yīng)的平衡常數(shù)K=0.25,改變下述條件可使K=2.04的有D.
A.增大壓強(qiáng)  B.增大CO的密度  C.升高溫度  D.降低溫度  E.使用催化劑
(II)工業(yè)是也可以利用CO2為原料制取CH3CH2OH.下面為CO2和H2制取乙醇的反應(yīng):2CO2(g)+6H2(g)=CH3CH2OH(g)+3H2O (g)△H=QkJ/mol(Q>0)z
在密閉容器中,按CO2與H2的物質(zhì)質(zhì)量之比為1:3進(jìn)行投料,在5MPa下測得不同溫度下平衡體系中各物質(zhì)的體積分?jǐn)?shù)(y%)如圖1所示.
(1)圖1中表示CH3CH2OH體積分?jǐn)?shù)曲線的是b;
(2)在一定溫度下反應(yīng)達(dá)到平衡的標(biāo)志是BC.
A.平衡常數(shù)K不再增大;
B.CO2的轉(zhuǎn)化率不再增大;
C.混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再改變;
D.反應(yīng)物不再轉(zhuǎn)化為生成物.
(3)其他條件恒定,如果想提高CO2的反應(yīng)速率,可以采取的反應(yīng)條件是B,達(dá)到平衡后,能提高H2的轉(zhuǎn)化率的操作是C.
A.降低溫度B.充入更多的H2  C.移去乙醇  D增大容器體積
(4)圖1中曲線a和c的交點(diǎn)R對應(yīng)物質(zhì)的體積分?jǐn)?shù)ya=37.5%.
(III)一定條件下CO可轉(zhuǎn)化為CO2,溫度T1時(shí),CO(g)+H2O(g)?CO2(g)+H2(g),在體積為2L的密閉容積中加入0.4molCO2和0.4molH2,第4分鐘達(dá)到平衡,反應(yīng)中c(H2O)的變化情況如圖2所示.在第5分鐘時(shí),向體系中再充入0.2molCO和0.2molH2O(其他條件不變).第8分鐘達(dá)到平衡,請?jiān)趫D2中畫出5到9分鐘的c(H2O)濃度變化趨勢的曲線.

分析 (1)依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算得到所需熱化學(xué)方程式;
(2)反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的判斷依據(jù)是△H-T△S<0;
(3)平衡常數(shù)隨溫度變化,某溫度下,(1)中反應(yīng)的平衡常數(shù)K=0.25,改變下述條件可使K=2.04,說明改變溫度平衡正向進(jìn)行;
(Ⅱ)(1)該反應(yīng)為吸熱反應(yīng),升高溫度平衡正向移動,平衡時(shí)CO2與H2的含量降低,CH3CH2OH與H2O的含量增大.開始CO2 與H2 的物質(zhì)的量之比1:3進(jìn)行,平衡時(shí)H2的含量是CO2的含量三倍;CH3CH2OH與H2O按1:3生成,平衡時(shí)H2O的含量是CH3CH2OH含量的三倍;
(2)化學(xué)反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)時(shí),正逆反應(yīng)速率相等,且不等于0,各物質(zhì)的濃度不再發(fā)生變化,由此衍生的一些物理量不發(fā)生變化,以此進(jìn)行判斷,得出正確結(jié)論;
(3)根據(jù)外界條件對反應(yīng)速率的影響分析判斷,降低溫度、減小濃度、減小壓強(qiáng)等都減小反應(yīng)速率;
(4)R點(diǎn)為a和c的交點(diǎn),設(shè)此時(shí)a的H2O體積為V,那么c的H2體積也為V,根據(jù)方程式中的關(guān)系求出CO2和CH3CH2OH的體積,再求體積分?jǐn)?shù)ya;
(Ⅲ)在體積為2L的密閉容積中加入0.4molCO2和0.4molH2,第4分鐘達(dá)到平衡,水的濃度為0.1mol/L,在第5分鐘時(shí),向體系中再充入0.2molCO和0.2molH2O(其他條件不變),水的濃度增大一倍,曲線起始時(shí)水的濃度為0.2mol/L,隨反應(yīng)進(jìn)行第8分鐘達(dá)到平衡,此時(shí)水的濃度結(jié)合化學(xué)平衡常數(shù)計(jì)算得到,據(jù)此畫出曲線的變化;

解答 解:(1)①CO2(g)+3H2(g)?CH2OH(g)+H2O(g)△H=-49.5kJ•mol-1
②CO2(g)+H2(g)?CO(g)+H2O(g)△H=+41.3kJ•mol-1
蓋斯定律計(jì)算①-②得到由CO和H2制取甲醇的熱化學(xué)方程式為:CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g)△H=-90.8KJ/mol,
故答案為:CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g)△H=-90.8KJ/mol;
(2)CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g)△H=-90.8KJ/mol,反應(yīng)的焓變△H<0,△S<0,滿足△H-T△S<0的自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)條件為低溫;
故答案為:低溫;
(3)平衡常數(shù)隨溫度變化,某溫度下,(1)中反應(yīng)的平衡常數(shù)K=0.25,改變下述條件可使K=2.04,說明改變溫度平衡正向進(jìn)行,鈣反應(yīng)是放熱反應(yīng),實(shí)驗(yàn)降低溫度平衡正向進(jìn)行,故選D;
故答案為:D.
(Ⅱ):(1)該反應(yīng)為吸熱反應(yīng),升高溫度平衡正向移動,平衡時(shí)CO2與H2的含量降低,CH3CH2OH與H2O的含量增大.開始CO2 與H2 的物質(zhì)的量之比1:3進(jìn)行,平衡時(shí)H2的含量是CO2的含量三倍;CH3CH2OH與H2O按1:3生成,平衡時(shí)H2O的含量是CH3CH2OH含量的三倍;
曲線a、曲線b隨溫度升高含量增大,且曲線a的含量高,所以曲線a表示H2O、曲線b表示CH3CH2OH;
曲線c、曲線d隨溫度升高含量減小,且曲線c的含量高,所以曲線c表示H2、曲線d表示CO2
故答案為:b;
(2)A.平衡常數(shù)K只與溫度有關(guān),與是否達(dá)到平衡狀態(tài)無關(guān),故A錯(cuò)誤;
B.CO2的轉(zhuǎn)化率不再增大,說明達(dá)到平衡狀態(tài),故B正確;
C.平均分子量=$\frac{總質(zhì)量}{總物質(zhì)的量}$,總質(zhì)量不變,總物質(zhì)的量會變,故混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再改變可作為判斷是否達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的依據(jù),故C正確;
D.該反應(yīng)是可逆反應(yīng),不存在反應(yīng)物不再轉(zhuǎn)化為生成物的狀態(tài),故D錯(cuò)誤;
故答案為:BC;
(3)A.降低溫度,二氧化碳反應(yīng)速率減小,平衡逆向移動,氫氣的轉(zhuǎn)化率降低;
B.充入更多的H2,二氧化碳反應(yīng)速率增大,平衡正向移動,氫氣的轉(zhuǎn)化率降低;
C.移去乙醇,二氧化碳反應(yīng)速率減小,平衡正向移動,氫氣的轉(zhuǎn)化率增大;
D.增大容器體積,壓強(qiáng)減小,二氧化碳反應(yīng)速率減小,平衡逆向移動,氫氣的轉(zhuǎn)化率降低;
故提高CO2的反應(yīng)速率,可以采取的反應(yīng)條件是B;能提高H2轉(zhuǎn)化率的操作是C;
故答案為:B;C;
(4)2CO2(g)+6H2(g)=CH3CH2OH(g)+3H2O(g);
R點(diǎn)為a和c的交點(diǎn),設(shè)此時(shí)a的H2O體積為6V,那么c的H2體積也為6V,根據(jù)方程式可知CO2為$\frac{6V}{6}$=2V,C2H5OH為$\frac{6V}{3}$=2V,
所以R點(diǎn)對應(yīng)的體積分?jǐn)?shù)ya=$\frac{6V}{6V+6V+2V+2V}$×100%=37.5%,
故答案為:37.5;
(Ⅲ)在體積為2L的密閉容積中加入0.4molCO2和0.4molH2,第4分鐘達(dá)到平衡,水的濃度為0.1mol/L,在第5分鐘時(shí),向體系中再充入0.2molCO和0.2molH2O(其他條件不變),水的濃度增大一倍,曲線起始時(shí)水的濃度為0.2mol/L,隨反應(yīng)進(jìn)行第8分鐘達(dá)到平衡,此時(shí)水的濃度,結(jié)合平衡常數(shù)計(jì)算得到;
               CO(g)+H2O(g)?CO2(g)+H2(g),
起始量(mol/L)  0      0        0.2     0.2
變化量(mol/L)  0.1    0.1      0.1      0.1
平衡量(mol/L)  0.1    0.1      0.1     0.1
平衡常數(shù)K=1
 在第5分鐘時(shí),向體系中再充入0.2molCO和0.2molH2O(其他條件不變),水的濃度增大一倍,起始量為0.2mol/L.結(jié)合化學(xué)平衡三段式列式計(jì)算,設(shè)得到平衡消耗水物質(zhì)的量濃度為x
                CO(g)+H2O(g)?CO2(g)+H2(g),
起始量(mol/L)  0.2     0.2      0.1    0.1
變化量(mol/L)  x        x        x       x
平衡量(mol/L) 0.2-x     0.2-x   0.1+x    0.1+x
K=$\frac{(0.1+x)^{2}}{(0.2-x)^{2}}$=1
x=0.05mol/L
平衡后水的平衡濃度為0.2mol/l-0.05mol/L=0.15mol/L,據(jù)此畫出圖象為:,
故答案為:;

點(diǎn)評 本題考查熱化學(xué)方程式書寫,化學(xué)平衡影響因素分析,反應(yīng)速率、反應(yīng)平衡常數(shù)的計(jì)算,對圖象的分析與平衡移動及平衡狀態(tài)的特征的理解,難度較大,注意圖象起點(diǎn)、終點(diǎn)和過程中變化趨勢是畫圖象的關(guān)鍵.

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