Question

【題目】合成氨工業(yè)涉及固體燃料的氣化，需要研究CO2與CO之間的轉(zhuǎn)化。為了弄清其規(guī)律，讓一定量的CO2與足量碳在體積可變的密閉容器中反應(yīng)：C(s)＋CO2(g)2CO(g) H，測(cè)得壓強(qiáng)、溫度對(duì)CO、CO2的平衡組成的影響如圖所示：

回答下列問題：

（1）p1、p2、p3的大小關(guān)系是______________，欲提高C與CO2反應(yīng)中CO2的平衡轉(zhuǎn)化率，應(yīng)采取的措施為 。圖中a、b、c三點(diǎn)對(duì)應(yīng)的平衡常數(shù)大小關(guān)系是____________。

（2）900 ℃、1.013 MPa時(shí)，1 mol CO2與足量碳反應(yīng)達(dá)平衡后容器的體積為V，CO2的轉(zhuǎn)化率為_________，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝ 。

（3）將(2)中平衡體系溫度降至640 ℃，壓強(qiáng)降至0.1013 MPa，重新達(dá)到平衡后CO2的體積分?jǐn)?shù)為50%。條件改變時(shí)，正反應(yīng)和逆反應(yīng)速率如何變化？____________，二者之間有何關(guān)系？___________。

（4）一定條件下，在CO2與足量碳反應(yīng)所得平衡體系中加入H2和適當(dāng)催化劑，有下列反應(yīng)發(fā)生：

CO(g)＋3H2(g)CH4(g)＋H2O(g) H1＝-206.2 kJ/mol

CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) H2＝-41.2 kJ/mol

① 則二氧化碳與氫氣反應(yīng)轉(zhuǎn)化為甲烷和水蒸氣的熱化學(xué)方程式是_________________。

② 已知298 K時(shí)相關(guān)化學(xué)鍵鍵能數(shù)據(jù)為：

化學(xué)鍵	H—H	O—H	C—H
E/(kJ·mol-1)	436	465	413	1076

則根據(jù)鍵能計(jì)算，H1＝ ，它與上述實(shí)測(cè)值差異較大的原因可能是 。

Answer 1

【答案】（1）p1＜p2＜p3 升高溫度、降低壓強(qiáng) Ka＝Kb＜Kc（1分）

（2）66.7%（2分）

（或用Kp計(jì)算：＝3.2×1.013 MPa＝3.2416 MPa）（2分）

（3）正反應(yīng)和逆反應(yīng)速率均減小（1分）v(正)＜v(逆)（1分）

（4）① CO2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋2H2O(g) H＝-165.0 kJ/mol（2分）

② -198 kJ/mol（2分）反應(yīng)溫度、壓強(qiáng)不同，鍵能數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確（1分）

【解析】

試題分析：（1）正反應(yīng)是體積增大的可逆反應(yīng)，增大壓強(qiáng)CO的含量降低。根據(jù)圖像可知在溫度相等時(shí)p1對(duì)應(yīng)的CO含量最高，則p1、p2、p3的大小關(guān)系是p1＜p2＜p3。升高溫度CO含量升高，說明正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，所以欲提高C與CO2反應(yīng)中CO2的平衡轉(zhuǎn)化率，應(yīng)采取的措施為升高溫度、降低壓強(qiáng)。平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)系，升高溫度平衡右移，平衡常數(shù)增大，則圖中a、b、c三點(diǎn)對(duì)應(yīng)的平衡常數(shù)大小關(guān)系是Ka＝Kb＜Kc。

（2）900 ℃、1.013 MPa時(shí)CO的含量是80%，則

C(s)＋CO2(g)2CO(g)

起始量（mol） 1 0

轉(zhuǎn)化量（mol） x 2x

平衡量（mol） 1－x 2x

因此

解得x＝2/3

則CO2的轉(zhuǎn)化率為66.7%

反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝=。

（3）降低溫度正反應(yīng)和逆反應(yīng)速率均減小，正反應(yīng)吸熱，平衡向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，則v(正)＜v(逆)。

（4）①已知：I、CO(g)＋3H2(g)CH4(g)＋H2O(g) H1＝-206.2 kJ/mol

Ⅱ、CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) H2＝-41.2 kJ/mol

則根據(jù)蓋斯定律可知I－Ⅱ即得到二氧化碳與氫氣反應(yīng)轉(zhuǎn)化為甲烷和水蒸氣的熱化學(xué)方程式是CO2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋2H2O(g) H＝-165.0 kJ/mol。

② 反應(yīng)熱等于斷鍵吸收的能量和形成化學(xué)鍵所放出的能量的差值，則H1＝（1076＋3×436－4×413－2×465）kJ/mol＝-198 kJ/mol。它與上述實(shí)測(cè)值差異較大的原因可能是反應(yīng)溫度、壓強(qiáng)不同，鍵能數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確等。