Question

2．研究和開發(fā)CO₂和CO的創(chuàng)新利用是環(huán)境保護(hù)和資源利用雙贏的課題．在催化劑作用下，CO可用于合成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．
（1）若在恒溫恒壓的條件下，向密閉容器中充入4mol CO和8mol H₂，合成甲醇，平衡時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系如圖所示：
①該反應(yīng)的正反應(yīng)屬于放熱反應(yīng)（填“吸熱”或“放熱”）．
②在0.1MPa、100℃的條件下，該反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)容器內(nèi)氣體的物質(zhì)的量為8mol．
（2）若在恒溫恒容的條件下，向上述平衡體系中充入4mol CO，8mol H₂，與（1）相比，達(dá)到平衡時(shí)CO轉(zhuǎn)化率增大（填“增大”，“不變”或“減小”），平衡常數(shù)K不變（填“增大”，“不變”或“減小”）．
（3）在上述合成甲醇的反應(yīng)中需要用到H₂做反應(yīng)物，以甲烷為原料制取氫氣是工業(yè)上常用的制氫方法．已知：①CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g）△H=+206.2kJ•mol^-1
②CH₄（g）+CO₂（g）=2CO（g）+2H₂（g）△H=+247.4kJ•mol^-1
則CH₄和H₂O（g）反應(yīng)生成CO₂和H₂的熱化學(xué)方程式為：CH₄（g）+2H₂O（g）═CO₂（g）+4H₂（g）△H=+165.0 kJ•mol^-1．

Answer 1

分析 （1）①由圖可知，壓強(qiáng)一定時(shí)，隨溫度升高，CO的轉(zhuǎn)化率降低，故升高溫度平衡向逆反應(yīng)移動(dòng)，據(jù)此判斷；
②根據(jù)CO的轉(zhuǎn)化率計(jì)算平衡時(shí)CO的物質(zhì)的量和各組分的物質(zhì)的量；
（2）在溫度和容積不變的情況下，再向平衡體系中充入4mol CO，8mol H₂，等效為在原平衡的基礎(chǔ)上增大一倍壓強(qiáng)，平衡向正反應(yīng)移動(dòng)；
化學(xué)平衡常數(shù)只受溫度影響，與濃度無關(guān)，溫度不變，平衡常數(shù)不變；
（3）根據(jù)蓋斯定律書寫目標(biāo)熱化學(xué)方程式．

解答 解：（1）①由圖可知，壓強(qiáng)一定時(shí)，隨溫度升高，CO的轉(zhuǎn)化率降低，故升高溫度平衡向逆反應(yīng)移動(dòng)，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，故答案為：放熱；
②CO轉(zhuǎn)化率為0.5，則平衡時(shí)CO的物質(zhì)的量為4mol×（1-0.5）=2mol，
                CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始（mol） 4             8               0
變化（mol） 2              4              2
平衡（mol） 2              4              2
反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)容器內(nèi)氣體的物質(zhì)的量為2+4+2=8mol，故答案為：8；
（2）在溫度和容積不變的情況下，再向平衡體系中充入4 molCO，8 mol H₂，等效為在原平衡的基礎(chǔ)上增大一倍壓強(qiáng)，平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，CO的轉(zhuǎn)化率增大，化學(xué)平衡常數(shù)只受溫度影響，與濃度無關(guān)，溫度不變，平衡常數(shù)不變，故答案為：增大；不變；
（3）已知①CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g）△H=+206.2kJ•mol^-1
②CH₄（g）+CO₂（g）=2CO（g）+2H₂（g）△H=+247.4kJ•mol^-1
由①×2-②得CH₄（g）+2H₂O（g）═CO₂（g）+4H₂（g）△H=+165.0 kJ•mol^-1，
故答案為：CH₄（g）+2H₂O（g）═CO₂（g）+4H₂（g）△H=+165.0 kJ•mol^-1．

點(diǎn)評(píng) 本題考查平衡常數(shù)、化學(xué)平衡計(jì)算、化學(xué)平衡的影響因素及讀圖能力等，綜合性較大，難度中等，應(yīng)加強(qiáng)平時(shí)知識(shí)的積累，注意利用定一議二原則分析圖象．