Question

19．煤化工是以煤為原料，經(jīng)過化學加工使煤轉化為氣體、液體、固體燃料以及各種化工產品的工業(yè)過程．
（1）將水蒸氣通過紅熱的碳即可產生水煤氣．反應為：C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）△H=+131.3kJ•mol^-1，△S=+133.7J•（K•mol）^-1
①該反應能否自發(fā)進行與溫度 有關；
②一定溫度下，在一個容積可變的密閉容器中，發(fā)生上述反應，下列能判斷該反應達到化學平衡狀態(tài)的是bc（填字母，下同）．
a．容器中的壓強不變        b．1mol H-H鍵斷裂的同時斷裂2molH-O鍵
c．v_正（CO）=v_逆（H₂O）        d．c（CO）=c（H₂）
（2）將不同量的CO（g）和H₂O（g）分別通入到體積為2L的恒容密閉容器中，進行反應 CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），得到如下三組數(shù)據(jù)：

實驗組	溫度/℃	起始量/mol		平衡量/mol		達到平衡所 需時間/min
		H2O	CO	H2	CO
1	650	2	4	1.6	2.4	5
2	900	1	2	0.4	1.6	3
3	900	a	b	c	d	t

①實驗1中以v（CO₂） 表示的反應速率為0.16 mol•L^-1•min^-1．
②該反應的逆反應為放（填“吸”或“放”）熱反應
③若實驗3要達到與實驗2相同的平衡狀態(tài)（即各物質的質量分數(shù)分別相等），且t＜3min，則a、b應滿足的關系是b=2a，且a＞1 （用含a、b的數(shù)學式表示）．
（3）目前工業(yè)上有一種方法是用CO₂來生產甲醇．一定條件下發(fā)生反應：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），如圖表示該反應進行過程中能量（單位為kJ•mol^-1）的變化．在體積為1L的恒容密閉容器中，充入1mol CO₂和3mol H₂，下列措施中能使c （CH₃OH）增大的是cd．
a．升高溫度              
b．充入He（g），使體系壓強增大
c．將H₂O（g）從體系中分離出來
d．再充入1mol CO₂和3mol H₂．

Answer 1

分析 （1）①根據(jù)△G=△H-T△S判斷，△G＜0，反應自發(fā)進行；
②根據(jù)化學平衡狀態(tài)的特征解答，當反應達到平衡狀態(tài)時，正逆反應速率相等，各物質的濃度、百分含量不變，以及由此衍生的一些量也不發(fā)生變化，解題時要注意，選擇判斷的物理量，隨著反應的進行發(fā)生變化，當該物理量由變化到定值時，說明可逆反應到達平衡狀態(tài)；
（2）①根據(jù)表中給出的數(shù)據(jù)可以求出v（CO）表示的平均反應速率，然后根據(jù)反應速率之比等于計量系數(shù)之比，求v（ H₂）表示的平均反應速率；
②通過表中兩組數(shù)據(jù)求出不同溫度下轉化率，比較改變溫度時轉化率的變化判斷化學平衡移動的方向，判斷反應的熱效應；
③使實驗3達到平衡狀態(tài)時各物質的體積分數(shù)與實驗2分別相等，為等效平衡，該反應為反應前后氣體的體積不發(fā)生變化，滿足n（H₂O）：n（CO）=1：2即可；
（3）圖象分析可知，反應物能量高于生成物能量，反應是放熱反應，要使c（CH₃OH）增大，需要平衡正向移動；

解答 解：（1）①由熱化學反應方程式可知，反應為焓增，熵增過程，即△H＞0、△S＞0，△G=△H-T△S＜0反應自發(fā)進行，所以該反應自發(fā)進行，受溫度影響，298℃時，△H=+131.3kJ•mol^-1△S=+133.7J•mol^-1•K^-1，△G=△H-T△S=+131.3kJ•mol^-1-（298+273）K×（+133.7×10^-3KJ•mol^-1）•K^-1=54.96KJ/mol＞0，說明反應非自發(fā)進行，
故答案為：溫度；
②a．一定溫度下，在一個容積可變的密閉容器中發(fā)生上述反應，反應前后氣體的物質的量發(fā)生變化，隨反應進行氣體的物質的量增加，壓強增大，保持恒壓，容器中的壓強始終不變，不能說明反應到達平衡，故a錯誤；
b．1 molH-H鍵斷裂的同時斷裂2mol H-O鍵，斷裂2mol H-O鍵同時生成l molH-H鍵，說明反應到達平衡，故b正確．
c．反應速率之比等于化學方程式計量數(shù)之比，v_正（CO）=v_逆（H₂O），說明水的正反應速率和逆反應速率相同，反應達到平衡狀態(tài)，故c正確；
d．根據(jù)反應可知，自始至終c（CO）=c（H₂），不能說明反應到達平衡，故d錯誤；
故選：bc；
（2）①根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知：反應前CO的濃度C（CO）=$\frac{n}{V}$=2mol/L，5min后濃度C（CO）′=$\frac{n}{V}$=1.2mol/L，則V（CO）=$\frac{△c}{△t}$=0.16 mol•L^-1•min^-1，根據(jù)同一反應用不同物質表示的速率之比等于方程式中各物質的計量系數(shù)之比得：V（CO）：V（H₂）=1；1，所以 以v（ H₂）表示的平均反應速為：0.16 mol•L^-1•min^-1 ，
故答案為：0.16 mol•L^-1•min^-1；
②實驗1中CO的轉化率為：$\frac{（4-2.4）mol}{4mol}$×100%=40%，實驗2中CO的轉化率為：$\frac{（2-1.6）mol}{2min}$×100%=20%，溫度升高，反應物轉化率降低，平衡向逆向移動，逆向為吸熱反應，所以正向為放熱反應，故答案為：放；
③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），反應特點：前后氣體系數(shù)相等，要想在恒溫恒容條件下建立等效平衡，只需各物質的物質的量之比應相等，該反應為反應前后氣體的體積不發(fā)生變化，滿足n（H₂O）：n（CO）=1：2即可．
      CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），
實驗2  1mol   2mol     0        0
實驗3   a       b      0        0
所以只要當a：b=1：2時，且a＞1，
實驗3達到與實驗2達到相同的平衡狀態(tài)，
故答案為：b=2a，且a＞1；
（3）圖象可知，CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），反應是氣體體積減小的放熱反應，
a．升高溫度，平衡逆向進行，故a不選；
b．充入He（g），使體系壓強增大，反應物的濃度不變，平衡不移動，故b不選；
c．將H₂O（g）從體系中分離出來，平衡正向移動，故c選；
d．再充入1mol CO₂和3mol H₂，相當于增大壓強，平衡正向移動，故d選；
故答案為：cd．

點評 本題考查化學平衡狀態(tài)判斷，化學平衡計算以及化學平衡移動等問題，題目難度中等，把握影響因素、反應特征和化學平衡移動原理的理解應用為解答的關鍵，側重分析與應用能力的考查．