Question

【題目】“低碳循環”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) ΔH＞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________(填“增大”、“減小”或“不變”)；

②1100℃時測得高爐中，c(CO2)=0.025 mol·L-1，c(CO)=0.1 mol·L-1，則在這種情況下，該反應向_______進行(填“左”或“右”)，判斷依據是________________________。

（2）目前工業上也可用CO2來生產燃料甲醇，有關反應為：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH＝－49.0 kJ·mol-1，現向體積為1 L的密閉容器中，充入1mol CO2和3 mol 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從反應開始到平衡，氫氣的平均反應速率v(H2)＝________。

②反應達到平衡后，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①，一定可以提高平衡體系中H2百分含量，又能加快反應速率的是____________。

a.升高溫度 b.增大水蒸氣濃度 c.加入催化劑 d.降低壓強

利用反應②，將CO進一步轉化，可提高H2產量。若1molCO和H2的混合氣體（CO的體積分數為20%)與H2O反應，得到1.18mol CO、CO2和H2的混合氣體，則CO轉化率為 ____________。

Answer 1

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

【解析】（1）①因為煉鐵反應為吸熱反應，升高溫度，平衡常數增大。

②FeO(s)＋CO(g)Fe(s)＋CO2(g) ΔH＞0，在1100 ℃時的平衡常數為0.263，此時Qc=c(CO2)/c(CO)=0.025 mol·L－1/0.1 mol·L－1=0.25<0.263，說明反應沒有達到平衡，反應向右進行。

（2）①根據反應過程中CO2的濃度變化可知，從反應開始到達平衡，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方向移動，升高溫度，平衡向逆反應方向移動，A錯；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；將H2O(g)從體系中分離出來，平衡向右移動，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。

（3）反應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，一定可以提高平衡體系中H2百分含量，說明平衡正向進行，又能加快反應速率，說明影響反應速率的條件可以是升溫、加壓、增大濃度等，分析反應特征可知反應正向進行且反應速率增大的只有升溫平衡向吸熱反應進行，平衡正向進行反應速率增大；a．反應是吸熱反應，升高溫度，反應速率增大，平衡正向進行，平衡體系中H2百分含量增大，故a符合；b．增大水蒸氣濃度，平衡正向進行，反應速率增大，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，改變反應速率不改變化學平衡，反應速率增大，氫氣百分含量不變，故c不符合；d．降低壓強，反應速率減小，平衡逆向進行，氫氣百分含量減小，故d不符合；故選a；

利用反應②，將CO進一步轉化，可提高H2產量，若1mol CO和H2的混合氣體（CO的體積分數為20%）中 CO為0.2mol，H2的物質的量為0.8mol，與H2O反應，得到1.18mol CO、CO2和H2的混合氣體，依據反應前后氣體體積不變，增加的部分應該是起始的水蒸氣的物質的量為0.18mol，設轉化的一氧化碳的物質的量為x，依據化學平衡三段式列式計算
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轉化率為0.18mol/0.2mol×100%=90%，故答案為：90%；