Question

8．貴州開磷（集團(tuán)）有限責(zé)任公司按照循環(huán)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展理念，將工業(yè)合成氨與制備甲醇進(jìn)行聯(lián)合生產(chǎn)，現(xiàn)已具備年產(chǎn)60萬噸合成氨、38萬噸甲醇的生產(chǎn)能力．其生產(chǎn)流程如圖1：

請回答下列問題：
（1）工業(yè)生產(chǎn)時，水蒸氣可與煤粉反應(yīng)制備H₂，反應(yīng)的化學(xué)方程式為C+H₂O（g）$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CO+H₂；
（2）工業(yè)制取氫氣的另一個反應(yīng)為：CO+H₂O（g）?CO₂+H₂．在T℃時，往1L密閉容器中充入0.2molCO和0.3mol水蒸氣，反應(yīng)達(dá)平衡后，體系中c（H₂）═0.12mol•L^-1．該溫度下此反應(yīng)的平衡常數(shù)K=1（填計算結(jié)果）；
（3）若在恒溫恒容的容器內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)CO（g）+2H₂ （g）?C H₃OH（g），在密閉容器中開始只加入CO、H₂，反應(yīng)10min后測得各組分的濃度如下：

物質(zhì)	H2	CO	C H3OH
濃度/（mol•L-1）	0.20	o.10	o.40

①該時間段內(nèi)反應(yīng)速率v（H₂）=0.08mol/（L•min）；
②該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的標(biāo)志是BC（填字母序號）；
A．有1個H-H鍵生成的同時有3個C-H鍵生成
B．CO的百分含量保持不變
C．容器中混合氣體的壓強(qiáng)不變化
D．容器中混合氣體的密度不變化
（4）已知在常溫常壓下：
①2C H₃OH（l）+3O₂ （g）?2CO₂ （g）+4H₂ O（g）△H₁=-1275.6kJ/mol
②2C O（l）+O₂ （g）?2CO₂ （g）△H₂=-566.0kJ/mol
③H₂O （g）?H₂ O（l）△H₃=-44.0kJ/mol
寫出甲醇不完燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8kJ•mol^-1；
（5）N₂和H₂以鐵作催化劑從145℃就開始反應(yīng)，不同溫度下NH₃的產(chǎn)率如圖2所示．溫度高于900℃時，NH₃產(chǎn)率下降的原因是溫度高于900℃時，平衡向左移動；生產(chǎn)過程中合成氣要進(jìn)行循環(huán)，其目的是提高原料的利用率．

Answer 1

分析 （1）水蒸氣在高溫下與碳反應(yīng)生成一氧化碳?xì)怏w和水，據(jù)此寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式；
（2）根據(jù)平衡常數(shù)表達(dá)式以及各種物質(zhì)的濃度利用化學(xué)平衡三段式進(jìn)行計算；
（3）①先根據(jù)表中計算計算出甲醇的反應(yīng)速率，然后根據(jù)化學(xué)計量數(shù)與反應(yīng)速率成正比計算出氫氣的平均反應(yīng)速率；
②根據(jù)可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時，正逆反應(yīng)速率相等，各組分的濃度不再變化判斷；
（4）根據(jù)熱化學(xué)方程式利用蓋斯定律計算反應(yīng)熱并書寫熱化學(xué)方程式；
（5）對于放熱反應(yīng)，溫度升高，則化學(xué)平衡向逆向移動；提高循環(huán)利用可以提高原料的利用率．

解答 解：（1）碳粉在高溫下與水蒸氣反應(yīng)的化學(xué)方程式為：C+H₂O（g）$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CO+H₂，
故答案為：C+H₂O（g）$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CO+H₂；
（2）CO+H₂O（g）?CO₂+H₂
初始：0.2  0.3       0   0
變化：0.12 0.12    0.12 0.12
平衡：0.08 0.18    0.12 0.12
則K=$\frac{0.12×0.12}{0.08×0.18}$=1，
故答案為：1；
（3）①由表中數(shù)據(jù)可知，l0min內(nèi)甲醇的濃度變化為0.4mol/L，故v（CH₃OH）=$\frac{0.4mol/L}{10min}$=0.04mol/（L•min），速率之比等于化學(xué)計量數(shù)之比，故v（H₂）=2v（CH₃OH）=2×0.04mol/（L•min）=0.08mol/（L•min），
故答案為：0.08mol/（L•min）；
②A．有1個H-H鍵生成的同時有3個C-H鍵生成，正逆反應(yīng)速率不相等，沒有達(dá)到平衡狀態(tài)，故A錯誤；
B．CO百分含量保持不變，證明各組分不再變化，該反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到了化學(xué)平衡狀態(tài)，故B正確；
C．該反應(yīng)是一個前后氣體體積變化的反應(yīng)，容器中混合氣體的壓強(qiáng)不變化，證明達(dá)到了平衡狀態(tài)，故C正確；
D．混合氣體質(zhì)量守恒，體積恒定，所以容器中混合氣體的密度不會發(fā)生變化，故D錯誤；
故選BC；
（4）①2CH₃OH（l）+3O₂（g）?2CO₂（g）+4H₂O（g）△H₁=-1275.6kJ/mol
②2CO（l）+O₂（g）?2CO₂（g）△H₂=-566.0kJ/mol
③H₂O（g）?H₂O（l）△H₃=-44.0kJ/mol，
根據(jù)蓋斯定律，將已知反應(yīng)（①-②+③×4）×$\frac{1}{2}$得到：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l），△H=$\frac{1}{2}$[（-1275.6kJ/mol）-（-566.0kJ/mol）+（-44.0kJ/mol）×4]=-442.8kJ•mol^-1，
故答案為：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8kJ•mol^-1；
（5）溫度在900℃時，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，溫度高于900℃時，即：升高溫度，平衡向吸熱方向，即向左移動；
由于合成氨的反應(yīng)為可逆反應(yīng)，提高循環(huán)利用原料，可提高原料的利用率，
故答案為：溫度高于900℃時，平衡向左移動；提高原料的利用率．

點評 本題考查工業(yè)合成氨及其應(yīng)用，題目難度中等，注意利用三段式法解答，特別是蓋斯定律的運用以及燃料電池的電極反應(yīng)的書寫，試題知識點較多、綜合性較強(qiáng)，充分考查學(xué)生的分析、理解能力及靈活應(yīng)用基礎(chǔ)知識的能力．