Question

氢气是重要的化学试剂，化工原料和有广阔发展前景的新能源。

请回答下列问题：

I．实验室用锌和稀硫酸制备氢气时，可向稀硫酸中滴加少量硫酸铜溶液以加快反应速率，原因为____________。

II.以甲醇为原料制备氢气的一种原理如下：

i . CH₃OH(g) CO(g)+2H₂(g) △H＝+90kJ·mol^-1

ii. CO(g)+H₂O(g)CO₂(g)+ H₂(g) △H＝-41kJ·mol^-1

（1）已知：断裂1 mol分子中的化学健需要吸收的能量如下表所示。

表中x =___________。

（2）向vL恒容密闭容器中充入lmo1 CH₃OH(g)，发生反应i，图l中能正确表示CH₃OH(g)的平衡转化率(a)随温度(T)变化关系的曲线为________(填“A ”或“B”)，理由为______，T₁℃ 时，体系的平衡压强与起始压强之比为___________________。

（3）起始向10L恒容密闭容器中充入1 mol CH₃OH(g)和1molH₂O(g)，发生反应i和反应ii，体系中CO的平衡体积分数与温度(T)和压强(p)的关系如图2所示。

①随着温度升高， 的值_______（填“增大”“ 减小” 或“不变”），理由为_____。

②P₁、P₂、p₃由大到小的顺序为_______。

③测得C点时，体系中CO₂的物质的量为0 . 2 mol，则T₂℃时，反应ii的平衡常数K=_______。

Answer

锌置换出硫酸铜中的铜，形成许多微小原电池，加快反应速率 1606 B 反应i为吸热反应，升高温度，平衡正向移动，CH3OH(g)的平衡转化率增大 9：5 减小 升高温度，反应i中CO的物质的量增大，反应ii中CO的物质的量增大、CO2的物质的量减小。最终的值减小 p3>p2>p1 0.875

【解析】I．实验室用锌和稀硫酸制备氢气时，可向稀硫酸中滴加少量硫酸铜溶液以加快反应速率，个原因为锌置换出硫酸铜中的铜，形成许多微小原电池，加快反应速率。

II.（1）由i . CH3OH(g) CO(g)+2H2(g) △H＝+90kJ·mol-1

ii. CO(g)+H2O(g)CO2(g)+ H2(g) △H＝-41kJ·mol-1两个热化学方程式相加可得：CH3OH(g) +H2O(g) CO2(g) +3H2(g) △H＝+49kJ·mol-1，因为△H＝反应物的键能总和-生成物的键能总和=2038+925-x-436 =49，解之得x=1066.所以表中x =1606。

(2). 向vL恒容密闭容器中充入lmo1 CH3OH(g)，发生反应i，图l中能正确表示CH3OH(g)的平衡转化率(a)随温度(T)变化关系的曲线为B，理由为反应i为吸热反应，升高温度，平衡正向移动，CH3OH(g)的平衡转化率增大，T1℃ 时，

CH3OH(g) CO(g)+2H2(g)

起始量（mol） 1 0 0

变化量（mol） y y 2y

平衡量（mol） 1-y y 2y

由图像知CH3OH的转化率=40% = ,解之得y=。在同温同压下体系的平衡压强与起始压强之比等于其物质的量之比=9：5。

(3).起始向10L恒容密闭容器中充入1 mol CH3OH(g)和1molH2O(g)，发生反应i和反应ii，因为反应i为吸热反应，而反应ii为放热反应，所以①随着温度升高， 的值减小，理由为升高温度，反应i中平衡向右移动使CO的物质的量增大，反应ii中平衡向左移动使CO的物质的量增大、CO2的物质的量减小，最终的值减小。

②反应i正反应方向为气体分子增多的方向，反应ii气体分子数不变，所以压强只对反应i的化学平衡产生影响，压强增大，平衡向逆反应方向移动，CO的物质的量分数变小，所以P1、P2、p3由大到小的顺序为p3>p2>p1。

③测得C点时，体系中CO2的物质的量为0.2 mol，则T2℃时,设混合气体中n(CO)=x，则由C原子守恒，n(CH3OH)=1mol-0.2mol-x，由反应ii:

CO(g)+H2O(g)CO2(g)+ H2(g)

起始量（mol） 1 0

变化量（mol） 0.2 0.2

平衡量（mol） 0.8 0.2

所以平衡体系中n(H2O)=0.8mol。再由H原子守恒得:

n(H2)= = 0.6mol+x

因为平衡体系中CO的物质的量分数为12.5%

所以 =12.5% ，解之得x=0.4mol

所以平衡体系中n(CO)=0.4mol，n(H2O)=0.8mol，n(CO2)=0.2mol，n(H2)=1.4mol，由于各组分的化学计量数都是1，所以可以直接用物质的量代替物质的量浓度计算平衡常数，反应ii的平衡常数K= = =0.875。