Question

3．有科學(xué)家提出“綠色自由”的構(gòu)想：將CO₂變?yōu)槿剂匣蛴袡C(jī)化學(xué)品．其構(gòu)想分成3個(gè)步驟：
①利用濃碳酸鉀溶液吸收空氣中的CO₂；
②將第①步吸收液電解產(chǎn)生H₂和O₂，同時(shí)分離出CO₂；
③將第②步產(chǎn)生的H₂和CO₂在一定條件下轉(zhuǎn)化成CH₄和水蒸氣．
已知：H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H₁=-285.8kJ/mol
CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H₂=-889.6kJ/mol
H₂O（l）=H₂O（g）△H₃=+44.0kJ/mol
（1）第③步反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為CO₂（g）+4H₂（g）=CH₄（g）+2H₂O（g）△H=-165.6kJ/mol．
（2）若在第②步電解吸收液時(shí)產(chǎn)生11.2LO₂（標(biāo)準(zhǔn)狀況下），則第③步中最多可制得5.6L甲烷（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）
（3）為探究在密閉容器中進(jìn)行第③步反應(yīng)的最佳投料比，某研究小組向恒溫（T₁、T₂均大于100℃）恒容容器中充入一定量的H₂，在其他條件不變的情況下，改變起始CO₂的物質(zhì)的量測(cè)定達(dá)到平衡時(shí)CH₄的體積分?jǐn)?shù)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖所示．則a、c兩點(diǎn)處所的平衡狀態(tài)中，氫氣的轉(zhuǎn)化率的大小關(guān)系是α（a）＜α（c）（填“＞”“＜”或“=”），a、b、c、d四點(diǎn)所處的平衡狀態(tài)中，對(duì)應(yīng)的平衡常數(shù)K_a、K_b、K_c、K_d的大小關(guān)系是K_a=K_c＞K_b=K_d．

Answer 1

分析 （1）已知：①H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H₁=-285.8kJ/mol
②CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H₂=-889.6kJ/mol
③H₂O（l）=H₂O（g）△H₃=+44.0kJ/mol
根據(jù)蓋斯定律，①×4-②+③×2可得：CO₂（g）+4H₂（g）=CH₄（g）+2H₂O（g）；
（2）根據(jù)方程式：2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2H₂↑+O₂↑、CO₂+4H₂=CH₄+2H₂O，可得關(guān)系式2H₂ ～O₂ ～$\frac{1}{2}$CH₄；
（3）增大二氧化碳的濃度平衡正移，氫氣的轉(zhuǎn)化率增大；
平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，升高溫度平衡逆移，K要減小．

解答 解：（1）已知：①H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H₁=-285.8kJ/mol
②CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H₂=-889.6kJ/mol
③H₂O（l）=H₂O（g）△H₃=+44.0kJ/mol
根據(jù)蓋斯定律，①×4-②+③×2可得：CO₂（g）+4H₂（g）=CH₄（g）+2H₂O（g）△H=-165.6kJ/mol，
故答案為：CO₂（g）+4H₂（g）=CH₄（g）+2H₂O（g）△H=-165.6kJ/mol；
（2）根據(jù)方程式：2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2H₂↑+O₂↑、CO₂+4H₂=CH₄+2H₂O，可得關(guān)系式2H₂ ～O₂ ～$\frac{1}{2}$CH₄，故收集11.2L氧氣時(shí)，可以制得甲烷為11.2L×$\frac{1}{2}$=5.6L，
故答案為：5.6L；
（3）增大二氧化碳的濃度平衡正移，氫氣的轉(zhuǎn)化率增大，所以氫氣的轉(zhuǎn)化率的大小關(guān)系是：a（a）＜a（c）；
正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡逆向移動(dòng)，甲烷的含量減小，故溫度T₁＞T₂，而平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，升高溫度平衡逆移，K要減小，故平衡常數(shù)K_a=K_c＞K_b=K_d，
故答案為：＜；K_a=K_c＞K_b=K_d；

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡影響因素、化學(xué)平衡圖象、平衡常數(shù)、蓋斯定律應(yīng)用等，（2）中注意利用關(guān)系式解答，注意平衡常數(shù)只受溫度影響．