Question

6．中國科技網(wǎng)2013年2月6日報導：中國工程院院士范良士教授領導的研究小組，成功開發(fā)出煤清潔燃燒的新方法．該方法的流程如圖所示：

利用化學循環(huán)技術使煤釋放熱量的同時，捕獲了反應過程中產(chǎn)生的99%的二氧化碳，高溫鐵粉用來發(fā)電，氧化后循環(huán)使用，達到電力和化工的聯(lián)產(chǎn)，煤炭資源綜合利用的目的．
（1）己知下列熱化學方程式：
①C（s）+1/2O₂（g）=CO（g）△H₁=-110.4KJ/mo1
②C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H₂=-393.5kJ/mol
③Fe₂O₃（s）+3CO（g）=2Fe（s）+3CO₂（g）△H₃=-26.7KJ/mo1
則Fe₂O₃與C（s）反應生成Fe（s）和CO₂（g）的熱化學方程式為：2Fe₂O₃+3C（s）=4Fe（s）+3CO₂（g）△H=464.7KJ/mol．
（2）捕捉到的CO₂可以和H₂合成綠色燃料甲醇．300°C時，在兩個容積均為2L的密閉容器中，當c（CO₂）=1.00mo1•L^-1、c（H₂）=1.60mol•L^-1時，
分別選擇催化劑I、催化劑Ⅱ開始反應，達到平衡狀態(tài)M．反應結果如圖所示．
請回答下列問題：
①使用催化劑I時，反應在10h內的平均反應速率：
V（H₂）=0.054mol/•（L•h）^-1．達到平衡M時比較兩個容器中的正反應速率催化劑I＜催化劑II（填“＞”或“＜”或“=”）．
②達到平衡M后，甲醇的體積分數(shù)為9.10（保留到小數(shù)點后兩位）；此反應在300°C時的平衡常數(shù)為0.05．
③若繼續(xù)向上述平衡體系M中通入0.4molCO₂和0.4mol甲醇，平衡將向逆向移動（填“正向”或“逆向”），達到平衡時得到H₂的濃度為amol/L；若繼續(xù)向上述平衡體系M中通入0.8molCO₂和0.4molH₂O，達到平衡時得到H₂的濃度為bmol/L，則a＞b（填“＞”或“＜”或“=”）．

Answer 1

分析 （1）依據(jù)熱化學方程式和蓋斯定律計算，[（①-②×$\frac{1}{2}$）×3+③]×2得到所需熱化學方程式；
（2）①根據(jù)反應在10小時內二氧化碳的轉化率計算出消耗二氧化碳的物質的量濃度，再計算出用二氧化碳表示的平均反應速率，最后根據(jù)反應速率與化學計量數(shù)的關系計算出用氫氣表示的反應速率，催化劑加快反應速率，達到平衡所需時間短；
②分析圖象數(shù)據(jù)結合化學平衡三段式列式計算，體積分數(shù)=物質的量的分數(shù)=$\frac{甲醇物質的量}{平衡混合氣體總物質的量}$×100%，平衡常數(shù)等于平衡狀態(tài)生成物平衡濃度除以反應物平衡濃度；
③計算此時的濃度商和平衡常數(shù)比較分析判斷平衡移動方向，兩種反應物增大一種物質會提高另一種物質的轉化率．

解答 解：（1）①C（s）+1/2O₂（g）=CO（g）△H₁=-110.4KJ/mo1
②C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H₂=-393.5kJ/mol
③Fe₂O₃（s）+3CO（g）=2Fe（s）+3CO₂（g）△H₃=-26.7KJ/mo1
依據(jù)蓋斯定律[（①-②×$\frac{1}{2}$）×3+③]×2得到，F(xiàn)e₂O₃與C（s）反應生成Fe（s）和CO₂（g）的熱化學方程式為：2Fe₂O₃+3C（s）=4Fe（s）+3CO₂（g）△H=464.7KJ/mol，
故答案為：2Fe₂O₃+3C（s）=4Fe（s）+3CO₂（g）△H=464.7KJ/mol；
（2）①用催化劑I時，反應在10小時內二氧化碳的轉化率為0.18，二氧化碳的濃度變化為：1.00mol•L^-1×0.18=0.18mol/L，則反應在10小時內二氧化碳的平均反應速率為：v（CO₂）=$\frac{0.18mol/L}{10h}$=0.018mol•（L•h）^-1，則v（H₂）=3v（CO₂）=0.054mol•（L•h）^-1，達到平衡M時催化劑I需要的時間長，則兩個容器中的正反應速率催化劑I＜催化劑Ⅱ，
故答案為：0.054，＜；
②反應為CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），結合化學平衡三段式列式，平衡時二氧化碳轉化率為20%，反應的二氧化碳物質的量=20%×1mol/L×2=0.4mol，
              CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始量（mol）  2       3.2        0         0
變化量（mol）  0.4     1.2        0.4       0.4
平衡量（mol） 1.6      2          0.4       0.4
甲醇的體積分數(shù)=$\frac{0.4mol}{（1.6+2+0.4+0.4）mol}$×100%=9.10%
平衡常數(shù)=$\frac{\frac{0.4}{2}×\frac{0.4}{2}}{\frac{1.6}{2}×（\frac{2}{2}）^{3}}$=0.05
故答案為：9.10%，0.05；
③若繼續(xù)向上述平衡體系M中通入0.4molCO₂和0.4mol甲醇，此時濃度商=$\frac{\frac{0.4}{2}×\frac{0.4+0.4}{2}}{\frac{1.6+0.4}{2}×（\frac{2}{2}）^{3}}$=0.08＞K=0.05，平衡逆向進行，若繼續(xù)向上述平衡體系M中通入0.8molCO₂和0.4molH₂O，兩種反應物增大一種物質會提高另一種物質的轉化率，氫氣濃度減小，達到平衡時得到H₂的濃度amol/＞bmol/L，
故答案為：逆向，＞．

點評 本題考查了熱化學方程式書寫和蓋斯定律的計算應用，化學平衡的計算應用，平衡常數(shù)的計算應用是解題關鍵，題目難度中等．