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 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

【解析】(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。