Question

“低碳循环”引起各国的高度重视，已知煤、甲烷等可以与水蒸气反应生成以CO和H₂为主的合成气，合成气有广泛应用。试回答下列问题：

(1)高炉炼铁是CO气体的重要用途之一，其基本反应为：FeO(s)＋CO(g) Fe(s)＋CO₂(g)  ΔH＞0。已知在1 100 ℃时，该反应的化学平衡常数K=0.263。

①温度升高，化学平衡移动后达到新的平衡，此时平衡常数K值    (填“增大”、“减小”或“不变”)；

②1 100 ℃时测得高炉中，c(CO₂)=0.025 mol·L^-1，c(CO)=0.1 mol·L^-1，则在这种情况下，该反应向    进行(填“左”或“右”)，判断依据是           。

(2)目前工业上也可用CO₂来生产燃料甲醇，有关反应为：CO₂(g)+3H₂(g) CH₃OH(g)+H₂O(g)  ΔH＝－49.0 kJ·mol^-1，现向体积为1 L的密闭容器中，充入1 mol CO₂和3 mol H₂，反应过程中测得CO₂和CH₃OH(g)的浓度随时间的变化如图所示。

①从反应开始到平衡，氢气的平均反应速率v(H₂)＝        。

②反应达到平衡后，下列措施能使增大的是            (填符号)。

A．升高温度      B．再充入H₂       C．再充入CO₂     D．将H₂O(g)从体系中分离

E．充入He(g)

Answer

(1)①增大

②右 因为c(CO2)/c(CO)=0.25＜0.263

(2)①0.225 mol/(L·min) ②B、D

【解析】(1)①因为炼铁反应为吸热反应，升高温度，平衡常数增大。

②FeO(s)＋CO(g)CFe(s)＋CO2(g)在1 100 ℃时的平衡常数为0.263，此时Qc=c(CO2)/c(CO)=0.025 mol·L－1/0.1 mol·L－1=0.25<0.263，说明反应没有达到平衡，反应向右进行。

(2)①根据反应过程中CO2的浓度变化可知，从反应开始到达平衡，CO2的浓度变化为0.75 mol·L－1，所以H2的浓度变化为3×0.75 mol·L－1=2.25 mol·L－1，H2的反应速率为2.25 mol·L－1/10 min=0.225 mol·L－1·min－1。

②使增大，需要使平衡向正反应方向移动，升高温度，平衡向逆反应方向移动，A错；再充入H2，CH3OH的浓度增大，CO2浓度减小，比值增大，B对；再充入CO2，CO2的转化率减小，CO2浓度增大，CH3OH浓度虽然增大，但是不如CO2浓度增大的多，比值减小，C错；将H2O(g)从体系中分离出来，平衡向右移动，CH3OH浓度增大，CO2浓度减小，比值增大，D对；充入He对平衡无影响，比值不变，E错