Question

低碳經(jīng)濟呼喚新能源和清潔環(huán)保能源。煤化工中常需研究不同溫度下的平衡常數(shù)、投料比及熱值等問題。

已知：CO(g) + H₂O(g)H₂(g) + CO₂(g)的平衡常數(shù)隨溫度的變化如下表：

溫度/℃	400	500	850
平衡常數(shù)	9.94	9	1

請回答下列問題：

（1）上述正反應方向是       反應（填“放熱”或“吸熱”）。

（2）850℃時在體積為10L反應器中，通入一定量的CO和H₂O（g）發(fā)生上述反應，CO和H₂O(g)濃度變化如下圖，則0～4 min的平均反應速率v(CO)＝______ mol/(L·min)。

t₁℃時物質濃度（mol/L）的變化

 

時  間（min）	CO	H2O	CO2	H2
0	0.200	0.300	0	0
2	0.138	0.238	0.062	0.062
3	C1	C2	C3	C3
4	C1	C2	C3	C3
5	0.116	0.216	0.084
6	0.096	0.266	0.104

(3) t₁℃(高于850℃)時，在相同容器中發(fā)生上述反應，容器內各物質的濃度變化如上表。

①表中3 min～4 min之間反應處于_____狀態(tài)；C₁數(shù)值_____0.08 mol/L (填大于、小于或等于)。

②反應在4 min～5 min，平衡向逆方向移動，可能的原因是____(單選)，表中5 min～6 min之間數(shù)值發(fā)生變化，可能的原因是______(單選)。

A．增加水蒸氣       B．降低溫度    C．使用催化劑      D．增加氫氣濃度

（4）若在500℃時進行，若CO、H₂O的起始濃度均為0.020mol/L，在該條件下，CO的最大轉化率為：            。

（5）若在850℃進行，設起始時CO和H₂O(g)共為5mol，水蒸氣的體積分數(shù)為X；平衡時CO轉化率為Y，試推導Y隨X變化的函數(shù)關系式為                    。

(6) 工業(yè)上利用N₂和H₂可以合成NH₃，NH₃又可以進一步制備聯(lián)氨(N₂H₄)等。已知：

N₂(g) + 2O₂(g) ＝2NO₂(g)                    △H = +67.7 kJ·mol^－1

N₂H₄(g) + O₂(g) ＝N₂(g) + 2H₂O(g)      △H = －534.0 kJ·mol^－1

NO₂(g) 1/2N₂O₄(g)                     △H = －26.35 kJ·mol^－1

試寫出氣態(tài)聯(lián)氨在氣態(tài)四氧化二氮中燃燒生成氮氣和氣態(tài)水的熱化學方程式：

________________________________________________________。

 

Answer 1

【答案】

（1）放熱  （2分） （2）0.03 （2分） 

（3）① 平衡   大于（每空1分）     ② D   A（每空1分）

（4）75%  （2分）     （5）Y=X（2分）

（6）2N₂H₄(g) + N₂O₄(g)＝3N₂(g) + 4H₂O(g)  △H = －1083.0 kJ·mol^－1（3分）

【解析】（1）根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知，隨著溫度的升高，平衡常數(shù)逐漸減小，說明升高溫度，平衡向逆反應方向移動，因此正反應是放熱反應。

（2）根據(jù)圖像可知，在0～4 minCO的濃度減少了0.2mol/L－0.08mol/L＝0.12mol/L，所以反應速率是0.12mol/L÷4min＝0.03mol/(L·min)。

（3）①在3 min～4 min之間，物質的濃度不再發(fā)生變化，所以反應達到平衡狀態(tài)。由于正反應是放熱反應，所以升高溫度，平衡向逆反應方向移動，因此平衡時C₁大于0.08 mol/L。

②增大水蒸氣的濃度或降低溫度平衡都向正反應方向移動，催化劑不能影響平衡狀態(tài)，增大氫氣濃度平衡向逆反應方向移動，D正確；5min～6min時，CO的濃度降低，水蒸氣和氫氣的濃度增大，所以平衡向正反應方向移動，因此改變的條件是增大水蒸氣的濃度，答案選A。

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

起始量（mol）      （5－5X）   5X              0       0

轉化量（mol）     （5－5X）Y （5－5X）Y   （5－5X）Y （5－5X）Y

平衡量（mol）（5－5X－5Y＋5XY）（5X－5Y＋5XY）  （5－5X）Y （5－5X）Y

所以有

解得Y＝X

所以CO的轉化率是

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

起始濃度（mol/L）    0.020   0.020           0       0

轉化濃度（mol/L）     x        x             x       x

平衡濃度（mol/L）  0.02－x   0.02－x         x       x

（6）考查蓋斯定律的應用。根據(jù)已知反應可知，②×2－①－③×2即得到2N₂H₄(g) + N₂O₄(g)＝3N₂(g) + 4H₂O(g) ，所以反應熱△H＝－534.0 kJ·mol^－1×2－67.7 kJ·mol^－1＋26.35 kJ·mol^－1×2＝ －1083.0 kJ·mol^－1。