Question

（16分）以煤为原料，经过化学加工使煤转化为气体、液体、固体燃料以及各种化工产品的工业叫煤化工。
（1）将水蒸气通过红热的碳即可产生水煤气。反应为：
C(s)＋H₂O(g) CO(g)＋H₂(g)  ΔH=＋131.3 kJ?mol^-1，
①该反应在常温下   自发进行（填“能”与“不能”）；
②恒温，在容积可变的密闭容器中，进行如上可逆反应。一段时间后，下列物理量不发生变化时，能表明该反应已达到平衡状态的有   
Ⅰ混合气体的密度；              Ⅱ容器内气体的压强；
Ⅲ混合气体的总物质的量；       ⅣCO物质的量浓度
A．只有Ⅳ    B．只有Ⅰ和Ⅳ  C．只有Ⅱ和Ⅲ  D．Ⅰ、Ⅲ和Ⅳ    
（2）水煤气再进一步反应可制取氢气。反应为H₂O(g)+CO(g) H₂(g)+CO₂(g)，某温度下该反应的平衡常数K= 4/9。该温度下在甲、乙、丙三个恒容密闭容器中，只投入H₂(g)和CO₂(g)，其起始浓度如下表所示。下列判断不正确的是   。

起始浓度	甲	乙	丙
c(H2)/mol/L	0.010	0.020	0.020
c(CO2)/mol/L	0.010	0.010	0.020

 
A．反应开始时，丙中的反应速率最快，甲中的反应速率最慢
B．平衡时，甲中和丙中Ｈ₂的转化率均是60％
C．平衡时，丙中ｃ(CO₂)是甲中的2倍，是0.012mol/L
D．平衡时，乙中CO₂的转化率大于60%
（3）目前工业上有一种方法是用CO₂来生产甲醇。一定条件下发生反应：CO₂(g)＋3H₂(g)CH₃OH(g)＋H₂O(g) ，右图表示该反应进行过程中能量(单位为kJ?mol^—1)的变化。在体积为1 L的恒容密闭容器中，充入1mol CO₂和3mol H₂反应

①下列措施中能使c (CH₃OH)增大的是   。
A．升高温度     
B．充入He(g)，使体系压强增大
C．将H₂O(g)从体系中分离出来   
D．再充入1mol CO₂和3mol H₂
②在温度T₁时，当反应达到平衡时，测得n(H₂) =" 2.4" mol；其它条件不变，在温度T₂时，当反应达到平衡时，测得n(CO₂) =" 0.82" mol，则T₂    T₁。（填“＞”、“＜”或“＝”），
（4）在一定条件下科学家从烟道气中分离出CO₂与太阳能电池电解水产生的H₂合成甲醇。CH₃OH、H₂的燃烧热分别为：△H＝－725.5kJ/mol、△H＝－285.8kJ/mol。
①写出工业上以CO₂、H₂合成CH₃OH和液态水的热化学方程式：   ；
②该转化的积极意义是   ；
③有人提出，可以设计反应CO₂＝C＋O₂（△H＞0、△S＜0）来消除CO₂对环境的影响。请你判断是否可行并说出理由：   

Answer 1

(1) ①不能  ②  D    （2）C         (3) ① CD    ② >
（4）①CO₂(g)＋3H₂(g)→CH₃OH(l)＋H₂O(l)  △H＝－131.9kJ/mol
②可降低温室效应和弥补资源短缺
③不可行，该反应是一个焓增、熵减的反应，所以不能自发进行

(1)反应是体积增大的，吸热放热可逆反应，所以在常温下不能自发进行。因为恒温，在容积可变的密闭容器中进行，所以I、Ⅱ、Ⅲ均不能说明。只有当CO物质的量浓度不再变化时可以说明。
（2）反应开始时丙中浓度最大，甲中浓度最小，反应速率丙最快，甲最慢。因为反应前后体积不变，而甲和丙中反应物的浓度之比相同，所以其平衡是等效的，所以C不正确。根据方程式可知             H₂(g)+CO₂(g)  H₂O(g)+CO(g)
起始量（mol）                    0.010    0.010        0     0
转化量（mol）                      x         x         x     x
平衡量（mol）                  0.010－x    0.010－x     x     x
所以，解得x＝0.006，即转化率是60％。乙中最大氢气的浓度，可以提高二氧化碳的转化率。
（3）根据图像可知该反应是放热反应，升高温度平衡向逆反应方向移动。充入He(g)，使体系压强增大，则原体系的物质的浓度将减小，平衡向逆反应方向移动。降低生成物水的浓度，平衡向正反应方向移动，c (CH₃OH)增大。若再充入1mol CO₂和3mol H₂，相当于增大体系的压强，平衡向正反应方向移动，c (CH₃OH)增大。在温度T₂时，当反应达到平衡时，测得n(CO₂) =" 0.82" mol，则此时n(H₂) ="2.46" mol.因为反应放热，温度越高氢气的物质的量越多，所以T₂大于T₁。
（4）根据盖斯定律和燃烧热的热化学方程式可以得到CO₂、H₂合成CH₃OH和液态水的热化学方程式。在反应中消耗二氧化碳，所以可以降低温室效应，同时生成甲醇可以弥补资源短缺。因为△H＞0、△S＜0，所以该反应不能自发进行。