Question

15．“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生成以CO和H₂為主的合成氣，合成氣有廣泛應用．試回答下列問題：
（1）高爐煉鐵是CO氣體的重要用途之一，其基本反應為：FeO（s）+CO（g）?Fe（s）+CO₂（g）△H＞0．已知在1100℃時，該反應的化學平衡常數K=0.263．
①溫度升高，化學平衡移動后達到新的平衡，此時平衡常數K值增大（填“增大”、“減小”或“不變”）；
②1100℃時測得高爐中，c（CO₂）=0.025mol•L^-1，c（CO）=0.1mol•L^-1，則在這種情況下，該反應向右進行（填“左”或“右”），判斷依據是因為Qc=$\frac{c（C{O}_{2}）}{c（CO）}$=0.25＜0.263．
（2）目前工業(yè)上也可用CO₂來生產燃料甲醇，有關反應：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ•mol^-1，現(xiàn)向體積為1L的密閉容器中，充入1mol CO₂和3mol H₂，反應過程中測得CO₂和CH₃OH（g）的濃度隨時間的變化如圖所示．
①該反應的化學平衡常數表達式為K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}$；
②反應達到平衡時，氫氣的轉化率 α（H₂）=75%；
③反應達到平衡后，下列措施能使$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（C{O}_{2}）}$增大的是BD（填序號）．
A．升高溫度         B．再充入H₂      C．再充入CO₂
D．將H₂O（g）從體系中分離        E．充入He（g）

Answer 1

分析 （1）①△H＞0為吸熱反應，升高溫度，平衡正向移動；
②1100℃時測得高爐中，c（CO₂）=0.025mol•L^-1，c（CO）=0.1mol•L^-1，計算Qc與K=0.263比較判斷平衡移動；
（2）①K為生成物濃度冪之積與反應物濃度冪之積的比；
②CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
開始 1               3                    0              0
轉化 0.75           0.225             0.75         0.75
平衡  0.25          0.75                0.75         0.75
以此計算轉化率；
③措施能使$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（C{O}_{2}）}$增大，應使平衡正向移動，但不能增加CO₂的量，以此來解答．

解答 解：（1）①△H＞0為吸熱反應，升高溫度，平衡正向移動，則平衡常數K值增大，故答案為：增大；
②1100℃時測得高爐中，c（CO₂）=0.025mol•L^-1，c（CO）=0.1mol•L^-1，Qc=$\frac{c（C{O}_{2}）}{c（CO）}$=$\frac{0.025mol/L}{0.1mol/L}$=0.25＜0.263，則平衡向右移動，
故答案為：右；因為Qc=$\frac{c（C{O}_{2}）}{c（CO）}$=0.25＜0.263；
（2）①K為生成物濃度冪之積與反應物濃度冪之積的比，由反應可知K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}$，
故答案為：K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}$；
②CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
開始 1               3                    0              0
轉化 0.75           0.225             0.75         0.75
平衡  0.25          0.75                0.75         0.75
反應達到平衡時，氫氣的轉化率 α（H₂）=$\frac{0.225mol}{3mol}$×100%=75%，
故答案為：75%；
③措施能使$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（C{O}_{2}）}$增大，應使平衡正向移動，但不能增加CO₂的量，
A．升高溫度，該反應放熱，升高溫度，平衡向著逆向移動，使$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（C{O}_{2}）}$減小，故A錯誤；
B．再充入H₂，平衡向著正向移動，使$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（C{O}_{2}）}$增大，故B正確；
C．再充入CO₂，平衡向著正向移動，但是二氧化碳濃度增加的大于甲醇增大濃度，使$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（C{O}_{2}）}$減小，故C錯誤；
D．將H₂O（g）從體系中分離，平衡向著正向移動，使$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（C{O}_{2}）}$增大，故D正確；
E．體積不變時充入He（g），各組分濃度不變，平衡不移動，使$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（C{O}_{2}）}$不變，故E錯誤；
故答案為：BD．

點評 本題考查化學平衡常數及計算，為高頻考點，把握平衡常數的意義、化學平衡的計算及平衡移動的影響因素等為解答的關鍵，側重分析與應用能力的考查，注意K及轉化率的計算，題目難度中等．