Question

“洁净煤技术”研究在世界上相当普遍，科研人员通过向地下煤层气化炉中交替鼓入空气和水蒸气的方法，连续产出了热值高达122500~16000 kJ·m^-3的煤炭气，其主要成分是CO和H₂。CO和H₂可作为能源和化工原料，应用十分广泛。

（1）已知：C(s)+O₂(g)=CO₂(g)   ΔH₁＝—393.5 kJ·mol^-1   ①

2H₂(g)+O₂(g)=2H₂O(g)  ΔH₂＝—483.6 kJ·mol^-1   ②

C(s)+H₂O(g)=CO(g)+H₂(g) ΔH₃＝＋131.3 kJ·mol^-1   ③

则反应CO(g)+H₂(g) +O₂(g)= H₂O(g)+CO₂(g)，ΔH=     kJ·mol^-1。标准状况下的煤炭气（CO、H₂）33.6 L与氧气完全反应生成CO₂和H₂O，反应过程中转移    mol e^-。

（2）密闭容器中充有10 mol CO与20 mol H₂，在催化剂作用下反应生成甲醇：CO(g)+2H₂(g) CH₃OH(g)；CO的平衡转化率（α）与温度、压强的关系如图所示。

①若A、B两点表示在某时刻达到的平衡状态，此时在A点时容器的体积为V_AL，则该温度下的平衡常数K=                   ；A、B两点时容器中物质的物质的量之比为n(A)_总：n(B)_总=      。

②若A、C两点都表示达到的平衡状态，则自反应开始到达平衡状态所需的时间t_A      t_C（填“大于”、“小于”或“等于”）。

③在不改变反应物用量的情况下，为提高CO的转化率可采取的措施是        。

A.降温     B.加压     C.使用催化剂    D.将甲醇从混合体系中分离出来

Answer

（1）-524.83kJ•mol-1    3mol（2）①VA2/100    5:4   ②大于   ③ABD

【解析】

试题分析：（1）根据①C(s)+O2(g)═CO2（g）△H1=-393.5kJ•mol-1；②2H2（g）+O2（g）═2H2O（g）△H2=-483.6kJ•mol-1；③C（s）+H2O（g）═CO（g）+H2（g）△H3=+131.3kJ•mol-1三个热化学方程式，利用盖斯定律，将①-③可得反应CO(g)+H2(g)+O2（g）═H2O(g)+CO2(g)；△H=-393.5kJ•mol-1-131.3kJ•mol-1=-524.83kJ•mol-1；CO、H2与氧气反应的方程式分别为：2CO+O22CO2；2H2+O22H2O，从方程式可以看出相同物质的量的CO、H2燃烧转移的电子数目相等，所以标准状况下CO、H233.6L与氧气反应生成CO2和H2O转移的电子的物质的量为：﹛(33.6L)/(22.4L/mol)﹜×2=3mol。（2）①根据图象可以看出，A点时CO的转化率为50%，则平衡时各物质的量浓度为：c(CO)=（5mol/L）/VA；c(H2)=(10mol/L)/VA；c（CH3OH）=(5mol/L）/VA；所以平衡常数为=c(CH3OH)/c(CO)×c2(H2)＝[(5mol/L）/VA]/[(5mol/L）/VA]·[(10mol/L)/VA]2＝VA2/100；根据图象可以看出，A点时CO的转化率为50%，故平衡时CO、H2、CH3OH的物质的量分别为5mol、10mol、5mol，根据图象可以看出，A点时CO的转化率为70%，故平衡时CO、H2、CH3OH的物质的量分别为3mol、6mol、7mol，A、B两点时容器中物质的物质的量之比为n(A)总：n(B)总=20:16=5:4  ②升高温度，反应速率增大，反应开始到达平衡状态所需的时间要少，所以反应开始到达平衡状态所需的时间tA 大于tC；③提高转化率应使平衡向正反应方向移动，根据反应方程式的特征可明显判断出可采取的措施为：降温、加压，将甲醇从混合体系中分离出来，故答案为：降温、加压，将甲醇从混合体系中分离出来。

考点：氧化还原反应的电子转移数目计算；用盖斯定律进行有关反应热的计算；化学平衡。