Question

研究和开发CO₂和CO的创新利用是环境保护和资源利用双赢的课题。

(1)CO可用于合成甲醇。在压强为0.1 MPa条件下，在体积为b L的密闭容器中充入a mol CO和2a mol H₂，在催化剂作用下合成甲醇：CO(g)＋2H₂(g)CH₃OH(g)

平衡时CO的转化率与温度、压强的关系如下图：

(ⅰ)该反应属于___________反应(填“吸热”或“放热”)。

(ⅱ)100  ℃时，若一个可逆反应的平衡常数K值很大，对此反应的说法正确的是___________(填序号)。

a．该反应使用催化剂意义不大

b．该反应发生将在很短的时间内完成

c．该反应达到平衡时至少有一种反应物百分含量很小

d．该反应一定是放热反应

(ⅲ)在温度和容积不变的情况下，再向平衡体系中充入a mol CO、2a mol H₂，达到平衡时CO的转化率___________(填“增大”、“不变”或“减小”，下同)，平衡常数___________。

(ⅳ)在某温度下，向一容积不变的密闭容器中充入2.5 mol CO、7.5 mol H₂，反应生成CH₃OH(g)达到平衡时，CO的转化率为90%，此时容器内压强为开始时压强的___________倍。

(2)某温度下，若将CO₂(g)和H₂(g)以体积比1∶4混合，在适当压强和催化剂作用下可制得甲烷，已知：

CH₄(g)＋2O₂(g)===CO₂(g)＋2H₂O(l)   ΔH＝－890.3 kJ·mol^－1

H₂(g)＋1/2O₂(g)===H₂O(l)   ΔH＝－285.8 kJ·mol^－1

则CO₂(g)和H₂(g)反应生成甲烷和液态水的热化学方程式为____________________。

Answer

(1)(ⅰ)放热 ；(ⅱ) c； (ⅲ)增大，不变 ；(ⅳ)0.55；

(2)CO2(g)＋4H2(g)===CH4(g)＋2H2O(l) ΔH＝－252.9 kJ·mol－1。

【解析】

试题分析：(1)(i)根据图像，随着温度的升高，CO的转化率降低，说明反应向逆反应方向进行，根据勒夏特列原理，正反应方向是放热反应；（ii）a、通常状况下，有可能不反应，使用催化剂才能反应，故错误；b、短时间完成，说明反应速率快，化学平衡常数跟化学平衡有关，故错误；c、反应平衡常数很大，说明反应进行程度很大，反应达到平衡，反应物至少有一种反应物百分含量很小，故正确；d、化学平衡常数只受温度影响，100℃时化学平衡常数很大，说明升高温度，平衡向正反应方向移动，即为吸热反应，故错误；(iii)相当于在原来的基础上增大压强，增大压强平衡向正反应方向移动，CO的转化率增大，但平衡常数不变，因为它只受温度的影响；(iv)压强之比等于物质的量之比，消耗1molCO，物质的量减少2mol，减少CO：2.5×90%mol=2.25mol，物质的量减少2×2.25mol=4.5mol，则反应后总物质的量为(10－4.5)mol=5.5mol，反应后的压强是反应压强的0.55倍；(2)①CH4(g)＋2O2(g)=CO2(g)＋2H2O(l)，②H2(g)＋1/2O2(g)=H2O(l) ，4×②－①得出△H=(4×－285.8＋890.3)kJ·mol－1=－252.9kJ·mol－1，CO2(g)＋4H2(g)===CH4(g)＋2H2O(l) ΔH＝－252.9 kJ·mol－1。

考点：考查勒夏特列原理、化学平衡常数、反应热的计算等知识。