Question

【题目】研究燃料的燃烧和对污染气体产物的无害化处理，对于防止大气污染有重要意义。

(1)将煤转化为清洁气体燃料。

已知：2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) △H=-484kJ/mol；

C(s)+O2(g)=CO(g) △H=-110.5kJ/mol

写出焦炭与水蒸气反应制H2和CO的热化学方程式_________。

(2)已知一定温度和压强下，由H2和CO反应合成优质燃料甲醇：

CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H=-91kJ/mol

①在相同条件下要想得到182kJ热量，加入各物质的物质的量可能是________

A.2molCO和4molH2 B.2molCO、1molCH3OH和4molH2

C.4molCO和4molH2 D.4molCO和6molH2

②将1molCO和2molH2充入一密闭容器中，保持恒温恒压时进行反应，达到平衡时，测得CO的转化率为20％，若在相同条件下，起始时在该容器中充入CH3OH(g)，反应达到平衡时的热量变化是______(填“吸收”或“放出”)_______kJ热量。

Ⅱ.在1.0L恒容密闭容器中放入0.10molA(g)，在一定温度进行如下反应。

A(g)2B(g)+C(g)+D(s) △H=+85.5kJ/mol

容器内气体总压强(p)与起始压强p0的比值随反应时间(t)变化数据见下表(提示：密闭容器中的压强比等于气体物质的量之比)。

回答下列问题：

(3)下列能提高A的转化率的是___。

A.升高温度 B.向体系中通入A气体

C.减少D的物质的量 D.向体系中通入稀有气体He

(4)相同条件下，若该反应从逆向开始，建立与上述相同的化学平衡，则D的取值范围_________。

(5)将容器改为恒压容器，改变条件，使反应达到相同的限度，则达到平衡时B的浓度为________。

Answer 1

【答案】C(s)+2H2O(g)=CO(g)+2H2(g) △H=+132.5kJ/mol D 吸收 72.8 A >0.03 0.0583mol/L

【解析】

(1)根据已知反应方程式，利用盖斯定律解答；

(2)①由反应方程式可知生成1mol的CH3OH时放热91kJ，想得到182kJ热量，则需生成2molCH3OH；由于反应是可逆反应，不可能完全进行到底，所以要得到2molCH3OH，CO与H2物质的量必须要多于2mol和4mol；

②已知反应：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H=-91kJ/mol，则有CH3OH(g) CO(g)+2H2(g)；△H=+91kJ/mol，保持恒温恒压，将1mol CO和2mol H2充入一密闭容器中与起始时在该容器中充入1molCH3OH(g)，为等效平衡状态，平衡时两种不同的途径平衡状态相同，各物质的含量、物质的量等都相同，以此计算；

(3)提高反应物的转化率，使得化学平衡正向进行的因素均可以(但是不能加入物质本身)；

(4)根据可逆反应中反应物不能完全转化分析；

(5)根据温度不变，化学平衡常数不变分析。

(1)已知：①2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) △H=-484kJ/mol

②C(s)+O2(g)=CO(g) △H=-110.5kJ/mol

根据盖斯定律，②-×①，整理可得：C(s)+2H2O(g)=CO(g)+2H2(g) △H=+132.5kJ/mol；

(2)①由反应方程式可以知道生成1mol的CH3OH时放热91kJ，想得到182kJ热量，则需生成2molCH3OH；因为反应是可逆反应，不可能完全进行到底，所以要得到2molCH3OH，CO与H2物质的量必须要多于2mol和4mol，故合理选项是D；

②对于反应 CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H=-91kJ/mol，开始时n(CO)=1mol，n(H2)=2mol，保持恒温恒压时进行反应，达到平衡时，测得CO的转化率为20％，则此时n(CH3OH)=0.2mol，n(CO)=1mol-0.2mol=0.8mol，n(H2)=2mol-0.4mol=1.6mol，若在相同条件下，起始时在该容器中充入CH3OH(g)，反应达到平衡时各种气体的物质的量应该相同。由该反应的热化学方程式可知：生成1molCH3OH放热91kJ，分解1molCH3OH吸热91kJ，那么分解0.8mol甲醇，吸热热量Q=91kJ ×0.8=72.8kJ；

(3)该反应的正反应为气体体积增大的吸热反应。

A.升高温度，化学平衡向吸热的正反应分析移动，A的转化率增大，A正确；

B.体系中通入A气体，平衡正向移动，但平衡移动的趋势是微弱的，因此A的转化率减小，B错误；

C.由于物质D是固体，所以减少D的物质的量，对化学平衡移动无影响，因此A的转化率不变，C错误；

D.向体系中通入稀有气体He，使体系压强增大，但是各组分浓度不变，不会引起平衡的移动，A的转化率不变，D错误；

故合理选项是A；

(4)在恒温恒容时，气体的压强与气体的物质的量呈正比，根据表格数据可知平衡时气体压强是开始时的2.40倍，则平衡时气体的物质的量是开始时的2.4倍，反应开始时n(A)=0.10mol，平衡时n(总)=0.24mol，气体物质的量增加了0.24mol-0.1mol=0.14mol，根据方程式中物质反应关系可知：每有1molA反应，气体的物质的量会增加2mol，同时产生1molD，则增加了0.14mol，反应了A是0.07mol，还有A物质是物质的量是0.03mol，产生B是0.14mol，产生C是0.07mol，产生D是0.07mol，相同条件下，若该反应从逆向开始，建立与上述相同的化学平衡，则产生0.0molA会消耗D物质的量是0.03mol，反应物不能完全转化，所以D的取值范围n(D)＞0.03mol；

(5)根据(4)分析可知在反应达到平衡时n(A)=0.03mol，n(B)=0.14mol，n(C)=0.07mol，容器的容积为1.0L，所以c(A)=0.03mol/L，c(B)=0.14mol/L，c(C)=0.07mol/L，化学平衡常数K=；将容器改为恒压容器，改变条件，使反应达到相同的限度，假设反应达到平衡时B的浓度为x，则C浓度为0.5x，A的浓度为(0.1-0.5x)，带入平衡常数表达式中，=，解得x=0.0583mol/L，即达到平衡时B的浓度等于0.0583mol/L。