Question

【題目】發展潔凈煤技術、利用CO2制備清潔能源等都是實現減碳排放的重要途徑。

（1）將煤轉化成水煤氣的反應：C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)可有效提高能源利用率，若在上述反應體系中加入催化劑(其他條件保持不變)，此反應的△H______（填“增大”、“減小”或“不變”），判斷的理由是________。

（2）CO2制備甲醇：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)ΔH＝-49.0 kJ·mol-1，在體積為1 L的密閉容器中，充入1 mol CO2和3 mol H2，測得CO2(g)和CH3OH(g)濃度隨時間變化如圖所示。

① 該反應化學平衡常數K的表達式是____________________。

②0~9min時間內，該反應的平均反應速率ν(H2) =_______。

③在相同條件下，密閉容器的體積縮小至0.5 L時，此反應達平衡時放出的熱量(Q)可能是________（填字母序號）kJ。

a. 0< Q <29.5 b. 29.5< Q <36.75 c. 36.75< Q <49 d. 49< Q <98

④在一定條件下，體系中CO2的平衡轉化率（α）與L和 X的關系如圖所示，L和X分別表示溫度或壓強。

i. X表示的物理量是：_____________。

ii. 判斷L1與L2的大小關系，并簡述理由：_______________________。

Answer 1

【答案】 不變 加入催化劑反應物和生成物的總能量不變 K= 0.25molL-1min-1 c 溫度 L1>L2，溫度一定時，增大壓強，CO2平衡轉化率增大

【解析】(1)將煤轉化成水煤氣的反應：C(s)+H2OCO2(g)+H2(g)可有效提高能源利用率，若在上述反應體系中加入催化劑(其他條件保持不變)，催化劑改變反應速率不改變化學平衡，不改變反應焓變，此反應的△H不變；
(2)①CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)，反應的平衡常數表達式為：K=；
②圖象讀取甲醇生成濃度，結合反應速率概念計算甲醇的反應速率=，反應速率之比等于化學方程式計量數之比，V(H2)=3V(CH3OH(g)=3×=0.25mol/Lmin；
③CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)△H=-49.0kJmol-1，反應達到平衡狀態消耗二氧化碳物質的量濃度=1mol/L-0.25mol/L=0.75mol/L，物質的量為0.75mol，反應放出熱量=49KJ/mol×0.75mol=36.75KJ，反應焓變是指1mol二氧化碳和3mol氫氣完全反應放出的熱量為49KJ，反應是可逆反應，在體積為1L的密閉容器中，充入1molCO2和3molH2，反應放熱一定小于49KJ，在相同條件下，密閉容器的體積縮小至0.5L時，壓強增大，平衡正向進行，反應放出熱量會增多，大于36.75KJ，則36.75＜Q＜49，故答案為c；
④CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)△H=-49.0kJmol-1，反應是氣體體積減小的放熱反應；

i．溫度升高，平衡逆向進行，二氧化碳轉化率減小，所以X為溫度，L為壓強；
ii．溫度一定壓強增大平衡正向進行二氧化碳轉化率增大，所以L1＞L2。