Question

【題目】氫氣是重要的化學(xué)試劑，化工原料和有廣闊發(fā)展前景的新能源。

請回答下列問題：

I．實驗室用鋅和稀硫酸制備氫氣時，可向稀硫酸中滴加少量硫酸銅溶液以加快反應(yīng)速率，原因為____________。

II.以甲醇為原料制備氫氣的一種原理如下：

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：斷裂1 mol分子中的化學(xué)健需要吸收的能量如下表所示。

表中x =___________。

（2）向vL恒容密閉容器中充入lmo1 CH3OH(g)，發(fā)生反應(yīng)i，圖l中能正確表示CH3OH(g)的平衡轉(zhuǎn)化率(a)隨溫度(T)變化關(guān)系的曲線為________(填“A ”或“B”)，理由為______，T1℃ 時，體系的平衡壓強與起始壓強之比為___________________。

（3）起始向10L恒容密閉容器中充入1 mol CH3OH(g)和1molH2O(g)，發(fā)生反應(yīng)i和反應(yīng)ii，體系中CO的平衡體積分數(shù)與溫度(T)和壓強(p)的關(guān)系如圖2所示。

①隨著溫度升高， 的值_______（填“增大”“ 減小” 或“不變”），理由為_____。

②P1、P2、p3由大到小的順序為_______。

③測得C點時，體系中CO2的物質(zhì)的量為0 . 2 mol，則T2℃時，反應(yīng)ii的平衡常數(shù)K=_______。

Answer 1

【答案】 鋅置換出硫酸銅中的銅，形成許多微小原電池，加快反應(yīng)速率 1606 B 反應(yīng)i為吸熱反應(yīng)，升高溫度，平衡正向移動，CH3OH(g)的平衡轉(zhuǎn)化率增大 9：5 減小 升高溫度，反應(yīng)i中CO的物質(zhì)的量增大，反應(yīng)ii中CO的物質(zhì)的量增大、CO2的物質(zhì)的量減小。最終的值減小 p3>p2>p1 0.875

【解析】I．實驗室用鋅和稀硫酸制備氫氣時，可向稀硫酸中滴加少量硫酸銅溶液以加快反應(yīng)速率，個原因為鋅置換出硫酸銅中的銅，形成許多微小原電池，加快反應(yīng)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-1兩個熱化學(xué)方程式相加可得：CH3OH(g) +H2O(g) CO2(g) +3H2(g) △H＝+49kJ·mol-1，因為△H＝反應(yīng)物的鍵能總和-生成物的鍵能總和=2038+925-x-436 =49，解之得x=1066.所以表中x =1606。

(2). 向vL恒容密閉容器中充入lmo1 CH3OH(g)，發(fā)生反應(yīng)i，圖l中能正確表示CH3OH(g)的平衡轉(zhuǎn)化率(a)隨溫度(T)變化關(guān)系的曲線為B，理由為反應(yīng)i為吸熱反應(yīng)，升高溫度，平衡正向移動，CH3OH(g)的平衡轉(zhuǎn)化率增大，T1℃ 時，

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

起始量（mol） 1 0 0

變化量（mol） y y 2y

平衡量（mol） 1-y y 2y

由圖像知CH3OH的轉(zhuǎn)化率=40% = ,解之得y=。在同溫同壓下體系的平衡壓強與起始壓強之比等于其物質(zhì)的量之比=9：5。

(3).起始向10L恒容密閉容器中充入1 mol CH3OH(g)和1molH2O(g)，發(fā)生反應(yīng)i和反應(yīng)ii，因為反應(yīng)i為吸熱反應(yīng)，而反應(yīng)ii為放熱反應(yīng)，所以①隨著溫度升高， 的值減小，理由為升高溫度，反應(yīng)i中平衡向右移動使CO的物質(zhì)的量增大，反應(yīng)ii中平衡向左移動使CO的物質(zhì)的量增大、CO2的物質(zhì)的量減小，最終的值減小。

②反應(yīng)i正反應(yīng)方向為氣體分子增多的方向，反應(yīng)ii氣體分子數(shù)不變，所以壓強只對反應(yīng)i的化學(xué)平衡產(chǎn)生影響，壓強增大，平衡向逆反應(yīng)方向移動，CO的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)變小，所以P1、P2、p3由大到小的順序為p3>p2>p1。

③測得C點時，體系中CO2的物質(zhì)的量為0.2 mol，則T2℃時,設(shè)混合氣體中n(CO)=x，則由C原子守恒，n(CH3OH)=1mol-0.2mol-x，由反應(yīng)ii:

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

起始量（mol） 1 0

變化量（mol） 0.2 0.2

平衡量（mol） 0.8 0.2

所以平衡體系中n(H2O)=0.8mol。再由H原子守恒得:

n(H2)= = 0.6mol+x

因為平衡體系中CO的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為12.5%

所以 =12.5% ，解之得x=0.4mol

所以平衡體系中n(CO)=0.4mol，n(H2O)=0.8mol，n(CO2)=0.2mol，n(H2)=1.4mol，由于各組分的化學(xué)計量數(shù)都是1，所以可以直接用物質(zhì)的量代替物質(zhì)的量濃度計算平衡常數(shù)，反應(yīng)ii的平衡常數(shù)K= = =0.875。