Question

“潔凈煤技術”研究在世界上相當普遍，科研人員通過向地下煤層氣化爐中交替鼓入空氣和水蒸氣的方法，連續產出了熱值高達122500~16000 kJ·m^-3的煤炭氣，其主要成分是CO和H₂。CO和H₂可作為能源和化工原料，應用十分廣泛。
（1）已知：C(s)+O₂(g)=CO₂(g)   ΔH₁＝—393.5 kJ·mol^-1  ①
2H₂(g)+O₂(g)=2H₂O(g)  ΔH₂＝—483.6 kJ·mol^-1  ②
C(s)+H₂O(g)=CO(g)+H₂(g) ΔH₃＝＋131.3 kJ·mol^-1  ③
則反應CO(g)+H₂(g) +O₂(g)= H₂O(g)+CO₂(g)，ΔH=     kJ·mol^-1。標準狀況下的煤炭氣（CO、H₂）33.6 L與氧氣完全反應生成CO₂和H₂O，反應過程中轉移   mol e^-。
（2）密閉容器中充有10 mol CO與20 mol H₂，在催化劑作用下反應生成甲醇：CO(g)+2H₂(g) CH₃OH(g)；CO的平衡轉化率（α）與溫度、壓強的關系如圖所示。

①若A、B兩點表示在某時刻達到的平衡狀態，此時在A點時容器的體積為V_AL，則該溫度下的平衡常數K=                  ；A、B兩點時容器中物質的物質的量之比為n(A)_總：n(B)_總=     。
②若A、C兩點都表示達到的平衡狀態，則自反應開始到達平衡狀態所需的時間t_A     t_C（填“大于”、“小于”或“等于”）。
③在不改變反應物用量的情況下，為提高CO的轉化率可采取的措施是       。
A.降溫     B.加壓     C.使用催化劑    D.將甲醇從混合體系中分離出來

Answer 1

（1）-524.83kJ?mol^-1   3mol（2）①V_A²/100    5:4  ②大于  ③ABD

試題分析：（1）根據①C(s)+O₂(g)═CO₂（g）△H₁=-393.5kJ?mol^-1；②2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H₂=-483.6kJ?mol^-1；③C（s）+H₂O（g）═CO（g）+H₂（g）△H₃=+131.3kJ?mol^-1三個熱化學方程式，利用蓋斯定律，將①-③可得反應CO(g)+H₂(g)+O₂（g）═H₂O(g)+CO₂(g)；△H=-393.5kJ?mol^-1-131.3kJ?mol^-1=-524.83kJ?mol^-1；CO、H₂與氧氣反應的方程式分別為：2CO+O₂2CO₂；2H₂+O₂2H₂O，從方程式可以看出相同物質的量的CO、H₂燃燒轉移的電子數目相等，所以標準狀況下CO、H₂33.6L與氧氣反應生成CO₂和H₂O轉移的電子的物質的量為：﹛(33.6L)/(22.4L/mol)﹜×2=3mol。（2）①根據圖象可以看出，A點時CO的轉化率為50%，則平衡時各物質的量濃度為：c(CO)=（5mol/L）/V_A；c(H₂)=(10mol/L)/V_A；c（CH₃OH）=(5mol/L）/V_A；所以平衡常數為=c(CH₃OH)/c(CO)×c²(H₂)＝[(5mol/L）/V_A]/[(5mol/L）/V_A]·[(10mol/L)/V_A]²＝V_A²/100；根據圖象可以看出，A點時CO的轉化率為50%，故平衡時CO、H₂、CH₃OH的物質的量分別為5mol、10mol、5mol，根據圖象可以看出，A點時CO的轉化率為70%，故平衡時CO、H₂、CH₃OH的物質的量分別為3mol、6mol、7mol，A、B兩點時容器中物質的物質的量之比為n(A)_總：n(B)_總=20:16=5:4 ②升高溫度，反應速率增大，反應開始到達平衡狀態所需的時間要少，所以反應開始到達平衡狀態所需的時間t_A 大于t_C；③提高轉化率應使平衡向正反應方向移動，根據反應方程式的特征可明顯判斷出可采取的措施為：降溫、加壓，將甲醇從混合體系中分離出來，故答案為：降溫、加壓，將甲醇從混合體系中分離出來。