Question

合成氨工业涉及固体燃料的气化，需要研究CO₂与CO之间的转化。为了弄清其规律，让一定量的CO₂与足量碳在体积可变的密闭容器中反应：C(s)＋CO₂(g)2CO(g)  ∆H，测得压强、温度对CO、CO₂的平衡组成的影响如图所示：

回答下列问题：

（1）p₁、p₂、p₃的大小关系是______________，欲提高C与CO₂反应中CO₂的平衡转化率，应采取的措施为               。图中a、b、c三点对应的平衡常数大小关系是____________。

（2）900 ℃、1.013 MPa时，1 mol CO₂与足量碳反应达平衡后容器的体积为V，CO₂的转化率为_________，该反应的平衡常数K＝           。

（3）将（2）中平衡体系温度降至640 ℃，压强降至0.1013 MPa，重新达到平衡后CO₂的体积分数为50%。条件改变时，正反应和逆反应速率如何变化？_______，二者之间有何关系？____________________。

（4）一定条件下，在CO₂与足量碳反应所得平衡体系中加入H₂和适当催化剂，有下列反应发生：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 则二氧化碳与氢气反应转化为甲烷和水蒸气的热化学方程式是_________________。

② 已知298 K时相关化学键键能数据为：

化学键	H—H	O—H	C—H
E/(kJ·mol^-1)	436	465	413	1076

则根据键能计算，∆H₁＝       ，它与上述实测值差异较大的原因可能是              。

Answer

（1）p1＜p2＜p3；升高温度、降低压强；Ka＝Kb＜Kc；

（2）66.7%； (或用Kp计算：＝3.2×1.013 MPa＝3.2416 MPa)；

（3）正反应和逆反应速率均减小；v(正)＜v(逆)；

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

② -198 kJ/mol；反应温度、压强不同，键能数据不准确；

【解析】

试题分析：（1）C(s)＋CO2(g)2CO(g) 反应属于气体物质的量增大的反应，压强越大，CO的百分含量越小，，根据越小，有p1＜p2＜p3；根据图像，升高温度，增大，说明∆H＞0，因此欲提高C与CO2反应中CO2的平衡转化率，可以采取的措施有升高温度、降低压强；温度不变，平衡常数不变，升高温度，平衡常数增大，图中a、b、c三点对应的平衡常数大小关系为Ka＝Kb＜Kc，故答案为：p1＜p2＜p3；升高温度、降低压强；Ka＝Kb＜Kc；

（2）根据图像，900 ℃、1.013 MPa，平衡时CO的体积百分含量为80%。

C(s)＋CO2(g)2CO(g)

起始(mol)1 0

反应 x 2x

平衡 1-x 2x

则×100%=80%，解得x=，

CO2的转化率为÷1=66.7%；

该反应的平衡常数K＝=，故答案为：66.7%；；

（3）降低温度和压强，正反应和逆反应速率均减小，重新达到平衡后CO2的体积分数为50%，说明平衡逆向移动，则v(正)＜v(逆) ，故答案为：正反应和逆反应速率均减小；v(正)＜v(逆)；

（4）① A．CO(g)＋3H2(g)CH4(g)＋H2O(g) ∆H1＝-206.2 kJ/mol，B．CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g) ∆H2＝-41.2 kJ/mol，根据盖斯定律，将a-b得CO2(g)＋4H2(g) CH4(g)＋2H2O(g) ∆H＝(-206.2 kJ/mol)-(-41.2 kJ/mol)=-165.0 kJ/mol，故答案为：CO2(g)＋4H2(g) CH4(g)＋2H2O(g) ∆H＝-165.0 kJ/mol；

② ∆H =反应物的键能之和-生成物的键能之和，∆H1＝(1076+3×436)-(4×413+2×465)=-198 kJ/mol，上述实测值差异较大的原因是反应温度、压强不同，键能数据不准确，故答案为：-198 kJ/mol；反应温度、压强不同，键能数据不准确；

考点：考查了反应热和焓变、化学平衡的计算和影响因素的相关知识。