Question

14．2009年10月15日新華社報道：全國農村應當在“綠色生態(tài)•美麗多彩•低碳節(jié)能•循環(huán)發(fā)展”的理念引導下，更快更好地發(fā)展“中國綠色村莊”，參與“亞太國際低碳農莊”建設．可見“低碳循環(huán)”已經引起了國民的重視，試回答下列問題：
（1）．煤的氣化和液化可以提高燃料的利用率．
已知25℃、101kPa時：
①C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO（g）△H=-126.4kJ/mol
②2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（l）△H=-571.6kJ/mol
③H₂O（g）═H₂O（l）△H=-44kJ/mol
則在25℃、101kPa時：C（s）+H₂O（g）═CO（g）+H₂（g）△H=+115.4kJ•mol^-1．
（2）．高爐煉鐵是CO氣體的重要用途之一，其基本反應為：FeO（s）+CO（g）?Fe（s）+CO₂（g）△H＞0
已知在1 100℃時，該反應的化學平衡常數K=0.263．
①該反應的化學平衡常數表達式為$\frac{c（C{O}_{2}）}{c（CO）}$
溫度升高，化學平衡移動后達到新的平衡，此時平衡常數K值增大（填“增大”“減小”或“不變”）．
②1 100℃時測得高爐中，c（CO₂）=0.025mol/L，c（CO）=0.1mol/L，則在這種情況下，該反應是否處于化學平衡狀態(tài)？否（填“是”或“否”），反應向因為Q_c=$\frac{c（C{O}_{2}）}{c（CO）}$=0.25＜K=0.263（填“正”或“逆”） 方向進行．
（3）．目前工業(yè)上可用CO₂來生產燃料甲醇，有關反應為：
CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ/mol．
現向體積為1L的容積固定的密閉容器中，充入1mol CO₂和3mol H₂，反應過程中測得CO₂和CH₃OH（g）的濃度隨時間的變化如圖所示．
①從反應開始到平衡，氫氣的平均反應速率v（H₂）=0.225mol/（L•min）．
②下列措施能使$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（C{O}_{2}）}$ 增大的是BD（填字母）．
A．升高溫度      B．再充入H₂ C．再充入CO₂ D．將H₂O（g）從體系中分離
E．充入He（g），使體系壓強增大      F．若維持容器內壓強不變，充入He（g）
（4）有人提出，可以設計反應2CO=2C+O₂（△H＞0、△S＜0）來消除CO的污染．請你判斷是否可行并說出理由否，該反應是一個焓增、熵減的反應，任何情況下不能自發(fā)進行．

Answer 1

分析 （1）依據化學方程式和蓋斯定律計算得到；
（2）①平衡常數K=$\frac{生成物平衡濃度冪次方乘積}{反應物平衡濃度冪次方乘積}$；反應是吸熱反應，溫度升高平衡正向進行，平衡常數增大；
②依據濃度商和平衡常數比較判斷平衡移動的方向；
（3）①依據圖象分析，達到平衡時物質的濃度變化，結合反應速率概念計算得到；
②CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ•mol^-1．依據平衡移動方向分析判斷$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（C{O}_{2}）}$變化；
A．升高溫度平衡逆向進行，$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（C{O}_{2}）}$減��；
B．再充入H₂ 平衡正向進行，$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（C{O}_{2}）}$增大；
C．再充入CO₂  平衡正向進行，$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（C{O}_{2}）}$減��；
D．將H₂O（g）從體系中分離平衡正向進行，$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（C{O}_{2}）}$增大；
E．充入He（g），使體系壓強增大，分壓不變，平衡不動，$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（C{O}_{2}）}$不變；
（4）根據△G的大小判斷反應能否進行．

解答 解：（1）①C（s）+1/2O₂（g）=CO（g）△H=-126.4kJ•mol^-1
②2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l）△H=-571.6kJ•mol^-1
③H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44kJ•mol^-1
依據蓋斯定律①-$\frac{②}{2}$+③得到C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H=+115.4 kJ•mol^-1；
則在25℃，101kPa時：C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H=+115.4 kJ•mol^-1；
故答案為：+115.4 kJ•mol^-1；
（2）①FeO（s）+CO（g）?Fe（s）+CO₂（g），反應的平衡常數K=$\frac{c（C{O}_{2}）}{c（CO）}$，FeO（s）+CO（g）=Fe（s）+CO₂（g）△H＞0，溫度升高，化學平衡移動后達到新的平衡，平衡正向進行，平衡常數增大，
故答案為：$\frac{c（C{O}_{2}）}{c（CO）}$；增大；
②1100℃時測得高爐中，c（CO₂）=0.025mol•L^-1，c（CO）=0.1mol•L^-1，則在這種情況下，Q_c=$\frac{c（C{O}_{2}）}{c（CO）}$=$\frac{0.025mol/L}{0.1mol/L}$=0.25＜K=0.263；反應未達到平衡，正向進行，
故答案為：否；因為Q_c=$\frac{c（C{O}_{2}）}{c（CO）}$=0.25＜K=0.263；
（3）①②CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），依據圖象分析達到平衡后，c（CH₃OH）=0.75mol/L，c（CO₂）=0.25mol/L，反應消耗的氫氣濃度c（H₂）=2.25mol/L，氫氣的平均反應速率v（H₂）=$\frac{2.25mol/L}{10min}$=0.225 mol/（L•min），
故答案為：0.225 mol/（L•min）；
③CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ•mol^-1．依據平衡移動方向分析判斷$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（C{O}_{2}）}$變化；
A．升高溫度平衡逆向進行，$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（C{O}_{2}）}$減��；
B．再充入H₂ 平衡正向進行，$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（C{O}_{2}）}$增大；
C．再充入CO₂ 平衡正向進行，$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（C{O}_{2}）}$減�。�
D．將H₂O（g）從體系中分離平衡正向進行，$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（C{O}_{2}）}$增大；
E．充入He（g），使體系壓強增大，分壓不變，平衡不動，$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（C{O}_{2}）}$不變；
故答案為：BD；
（4）反應2CO=2C+O₂（△H＞0、△S＜0），則△G=△H-T•△S＞0，反應是一個焓增、熵減的反應，任何情況下不能自發(fā)進行；
故答案為：否，該反應是一個焓增、熵減的反應，任何情況下不能自發(fā)進行．

點評 本題考查了熱化學方程式和蓋斯定律的計算應用，平衡盤點和平衡常數的計算應用，反應速率圖象分析判斷，影響平衡因素的分析應用，題目難度中等．