Question

CO和H₂可作为能源和化工原料，应用十分广泛。常利用煤气化过程中生成的CO和H₂来制备甲醇。

(1)请根据图示写出该反应的热化学方程式：_______________；图中使用催化剂曲线是_______(填“a”或“b”）。

(2)已知：C(s)+O₂(g)=CO₂(g)  ΔH₁=－393.5 kJ/mol

C(s)+H₂O(g)=CO(g)+H₂(g)  ΔH₂=+131.3 kJ/mol

则反应CO(g)+H₂(g)+O₂(g)=H₂O(g)+CO₂(g)的ΔH=______________kJ/mol。

(3)反应CO(g)+H₂O(g)H₂(g)+CO₂(g)的平衡常数随温度的变化如下表所示。

温度/℃	400	500	830	1000
平衡常数K	10	9	1	0.6

①从上表可以推断：此反应是__________(填“吸”或“放”)热反应。

②在830 ℃下，若开始时向恒容密闭容器中充入CO与H₂O均为1 mol，则达到平衡后CO的转化率为___________________。

(4)汽车排气管上的催化转化器发生如下反应：2NO(g)+2CO(g)N₂(g)+2CO₂(g)  △H<0，在一定温度下，将一定量的NO和CO充入2 L固定容积的容器中，回答以下问题：

①能说明该反应达到平衡状态的是_____________(填字母标号)。

A. 2v_正(NO)=v_逆(N₂)           B. 混合气体的平均相对分子质量保持不变

C. 气体总压强不再变化       D.  ΔH保持不变

E.混合气体的密度不再变化

②从反应开始到5 min，生成了0.08 mol N₂，则5 min内v(CO)=__________mol/(L·min)。

③25 min时，物质浓度变化如图所示，则改变的条件可能是________(填字母标号)。

A. 缩小容器体积         B. 增加NO的浓度

C. 降低温度             D. 升高温度

Answer

CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g) △H=-91 kJ/mol b -524.8 放 50% BC 0.016 mol/(L·min) D

【解析】

(1)根据反应物与生成物的总能量来分析吸热还是放热，并书写热化学反应方程式，催化剂降低反应活化能，但不改变反应热效应；

(2)根据①C(s)+O2(g)=CO2(g) △H1=-393.5 kJ/mol；

②C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) △H3=+131.3 kJ/mol；

利用盖斯定律，将①-②可得反应CO(g)+H2(g)+O2(g)=H2O(g)+CO2(g)的反应热；

(3)①平衡常数随温度升高减小，说明升高温度，化学平衡逆向进行，逆反应是吸热反应，则该反应的正反应是放热反应；

②依据830℃的化学平衡常数的数值，结合平衡常数的含义计算一氧化碳的转化率；

(4)①根据平衡状态的特征是动态平衡，各物质的量不再随时间变化而变化，据此逐一分析判断；

②从反应开始到5 min，生成了N2 0.08 mol，CO的变化量是0.08 mol×2=0.16 mol，则5 min 内根据v(CO)=计算；

③平衡时一氧化碳的浓度增大，平衡向逆反应方向移动，

A．缩小容器体积平衡向正反应方向移动；

B．增增加NO的浓度平衡向正反应方向移动；

C．降低温度平衡向正反应方向移动；

D．升高温度平衡向逆反应方向移动。

(1)反应物的总能量为419 kJ，生成物的总能量为510 kJ，则该反应为放热反应，放出的热量为419 kJ-510 kJ=-91 kJ，热化学方程式为CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g) △H=-91 kJ/mol；曲线b降低了反应活化能，应该是反应使用了催化剂，故合理选项是b；

(2)根据①C(s)+O2(g)=CO2(g) △H1=-393.5 kJ/mol；

②C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) △H3=+131.3kJ/mol，

利用盖斯定律，将①-②可得反应CO(g)+H2(g)+O2(g)=H2O(g)+CO2(g)，△H=-393.5kJ/mol-131.3kJ/mol=-524.8 kJ/mol；

(3)①根据图表中平衡常数K与温度的关系，可知：温度升高化学平衡常数减小，说明升高温度，平衡逆向移动，逆反应是吸热反应，则该反应的正反应是放热反应；

②在830℃，平衡常数K=1，若开始时向恒容密闭容器中充入CO与H2O均为1 mol，设反应达到平衡一氧化碳反应物质的量为x，则根据方程式式中物质转化关系可知平衡时各种气体的物质的量n(CO)=n(H2O)=1-x，n(H2)=n(CO2)=x，=1，解得x=0.5 mol，所以达到平衡后CO的转化率=×100%=50%；

(4)①A．该反应达到平衡状态时应有v正(NO)=2v逆(N2)，A错误；

B．混合气体的相对分子质量不变，说明气体的总物质的量不变，反应达平衡状态，B正确；

C．气体总压强不变，说明气体的总物质的量不变，反应达平衡状态，C正确；

D．△H只与具体热化学方程式有关，与反应物的量的变化无关，无法判断反应达到平衡状态，D错误；

E．混合气体的体积和质量始终不变，因此混合气体的密度也始终不变，因此不能根据密度不再变化，判断反应是否达到平衡状态，E错误；

故合理选项是BC；

②从反应开始到5 min，生成了N2 0.08 mol，则5 min 内v(CO)=×2=0.016 mol/(L·min)；

③反应2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g) △H<0的正反应为气体体积减小的放热反应，根据图象可知：平衡时一氧化氮的浓度增大，N2的浓度减小，平衡向逆反应方向移动。

A．缩小容器体积，化学平衡向正反应方向移动，A不符合题意；

B．增加NO的浓度平衡，化学平衡向正反应方向移动，B不符合题意；

C．降低温度，化学平衡向正反应方向移动，C不符合题意；

D．升高温度，化学平衡向吸热的逆反应方向移动，D符合题意；

故合理选项是D。