Question

【題目】“低碳循環(huán)”引起各國的高度重視，已知煤，甲烷等可以與水蒸氣反應(yīng)生成以CO 和H2為主的合成氣，合成氣有廣泛應(yīng)用。試回答下列問題：

（1）高爐煉鐵是CO氣體的重要用途之一，其基本反應(yīng)為：FeO(s)＋CO(g)Fe(s)＋CO2(g) ΔH＞0。已知在1100℃時(shí)，該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K=0.263。

①溫度升高，化學(xué)平衡移動(dòng)后達(dá)到新的平衡，此時(shí)平衡常數(shù)K值________(填“增大”、“減小”或“不變”)；

②1100℃時(shí)測得高爐中，c(CO2)=0.025 mol·L-1，c(CO)=0.1 mol·L-1，則在這種情況下，該反應(yīng)向_______進(jìn)行(填“左”或“右”)，判斷依據(jù)是________________________。

（2）目前工業(yè)上也可用CO2來生產(chǎn)燃料甲醇，有關(guān)反應(yīng)為：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH＝－49.0 kJ·mol-1，現(xiàn)向體積為1 L的密閉容器中，充入1mol CO2和3 mol H2，反應(yīng)過程中測得CO2和CH3OH(g)的濃度隨時(shí)間的變化如圖所示。

①從反應(yīng)開始到平衡，氫氣的平均反應(yīng)速率v(H2)＝________。

②反應(yīng)達(dá)到平衡后，下列措施能使增大的是____________(填符號)。

A．升高溫度B．再充入H2 C．再充入CO2D．將H2O(g)從體系中分離 E．充入He(g)

①CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) △H = +206.4 kJ·mol-1

②CO(g)+ H2O(g)CO2(g) +H2(g) △H = -41.2 kJ·mol-1

對于反應(yīng)①，一定可以提高平衡體系中H2百分含量，又能加快反應(yīng)速率的是____________。

a.升高溫度 b.增大水蒸氣濃度 c.加入催化劑 d.降低壓強(qiáng)

利用反應(yīng)②，將CO進(jìn)一步轉(zhuǎn)化，可提高H2產(chǎn)量。若1molCO和H2的混合氣體（CO的體積分?jǐn)?shù)為20%)與H2O反應(yīng)，得到1.18mol CO、CO2和H2的混合氣體，則CO轉(zhuǎn)化率為 ____________。

Answer 1

【答案】 增大 右（ 因?yàn)?/span>[CO2]/[CO]=0.25<0.263 0.225 mol·L-1·min-1 B、D a 90%

【解析】（1）①因?yàn)闊掕F反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，升高溫度，平衡常數(shù)增大。

②FeO(s)＋CO(g)Fe(s)＋CO2(g) ΔH＞0，在1100 ℃時(shí)的平衡常數(shù)為0.263，此時(shí)Qc=c(CO2)/c(CO)=0.025 mol·L－1/0.1 mol·L－1=0.25<0.263，說明反應(yīng)沒有達(dá)到平衡，反應(yīng)向右進(jìn)行。

（2）①根據(jù)反應(yīng)過程中CO2的濃度變化可知，從反應(yīng)開始到達(dá)平衡，CO2的濃度變化為0.75 mol·L－1，所以H2的濃度變化為3×0.75 mol·L－1=2.25 mol·L－1，H2的反應(yīng)速率為2.25 mol·L－1/10 min=0.225 mol·L－1·min－1。
②使增大，需要使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，A錯(cuò)；再充入H2，CH3OH的濃度增大，CO2濃度減小，比值增大，B對；再充入CO2，CO2的轉(zhuǎn)化率減小，CO2濃度增大，CH3OH濃度雖然增大，但是不如CO2濃度增大的多，比值減小，C錯(cuò)；將H2O(g)從體系中分離出來，平衡向右移動(dòng)，CH3OH濃度增大，CO2濃度減小，比值增大，D對；充入He對平衡無影響，比值不變，E錯(cuò)。

（3）反應(yīng)①CH4（g）+H2O（g）CO2（g）+3H2（g）△H=+206.4 kJ?mol-1，是氣體體積增大的吸熱反應(yīng)，一定可以提高平衡體系中H2百分含量，說明平衡正向進(jìn)行，又能加快反應(yīng)速率，說明影響反應(yīng)速率的條件可以是升溫、加壓、增大濃度等，分析反應(yīng)特征可知反應(yīng)正向進(jìn)行且反應(yīng)速率增大的只有升溫平衡向吸熱反應(yīng)進(jìn)行，平衡正向進(jìn)行反應(yīng)速率增大；a．反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，升高溫度，反應(yīng)速率增大，平衡正向進(jìn)行，平衡體系中H2百分含量增大，故a符合；b．增大水蒸氣濃度，平衡正向進(jìn)行，反應(yīng)速率增大，但平衡體系中H2百分含量不一定增大，故b不符合；c．加入催化劑，改變反應(yīng)速率不改變化學(xué)平衡，反應(yīng)速率增大，氫氣百分含量不變，故c不符合；d．降低壓強(qiáng)，反應(yīng)速率減小，平衡逆向進(jìn)行，氫氣百分含量減小，故d不符合；故選a；

利用反應(yīng)②，將CO進(jìn)一步轉(zhuǎn)化，可提高H2產(chǎn)量，若1mol CO和H2的混合氣體（CO的體積分?jǐn)?shù)為20%）中 CO為0.2mol，H2的物質(zhì)的量為0.8mol，與H2O反應(yīng)，得到1.18mol CO、CO2和H2的混合氣體，依據(jù)反應(yīng)前后氣體體積不變，增加的部分應(yīng)該是起始的水蒸氣的物質(zhì)的量為0.18mol，設(shè)轉(zhuǎn)化的一氧化碳的物質(zhì)的量為x，依據(jù)化學(xué)平衡三段式列式計(jì)算
CO（g）+H2O（g）CO2（g）+H2（g）△H=-41.2 kJ?mol-1
起始量（mol） 0.2 0.18+x 0 0.8
變化量（mol） x x x x
平衡量（mol）0.2-x 0.18 x x+0.8
則0.2-x+x+x+0.8=1.18，x=0.18，則CO轉(zhuǎn)化率為0.18mol/0.2mol×100%=90%，故答案為：90%；