Question

4．煤化工是以煤為原料，經(jīng)過(guò)化學(xué)加工使煤轉(zhuǎn)化為氣體、液體、固體燃料以及各種化工產(chǎn)品的工業(yè)過(guò)程．
（1）已知：C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO（g）△H=-111kJ•mol^-1  2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-484kJ•mol^-1．請(qǐng)寫(xiě)出水蒸氣通過(guò)紅熱的碳產(chǎn)生水煤氣的熱化學(xué)方程式C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）△H=+131kJ•mol^-1．一定溫度下，在一個(gè)容積固定的密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng)，下列能判斷該反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的是abce（填字母編號(hào)）．
a．容器中的壓強(qiáng)不變   b．1mol H-H鍵斷裂的同時(shí)斷裂2mol H-O鍵
c．v_正（CO）=v_逆（H₂O）   d．c（CO）=c（H₂）     e．容器中混合氣體的密度不再改變
（2）將不同物質(zhì)的量的CO（g）和H₂O（g）分別通入體積為2L的恒容密閉容器中，進(jìn)行反應(yīng)CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），得到如表中所示的三組數(shù)據(jù)：

實(shí)驗(yàn)組	溫度/℃	起始量/mol		平衡量/mol		達(dá)到平衡所需時(shí)間/mi n
		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(shí)驗(yàn)1中以v（CO₂）表示的反應(yīng)速率為0.16mol•（L•min）^-1．
②該反應(yīng)的逆反應(yīng)為吸（填“吸”或“放”）熱反應(yīng)．
③若實(shí)驗(yàn)3要達(dá)到與實(shí)驗(yàn)2相同的平衡狀態(tài)（即各物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別相等），則a、b應(yīng)滿(mǎn)足的關(guān)系是b=2a，且a＞1（用含a、b的代數(shù)式表示）．
（3）目前工業(yè)上有一種方法是用CO₂來(lái)生產(chǎn)甲醇．一定條件下發(fā)生反應(yīng)：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），如圖1表示該反應(yīng)過(guò)程中能量的變化．

①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CH₃OH的體積分?jǐn)?shù)增大的是cde（填字母編號(hào)）．
a．升高溫度   b．充入He（g）    c．將H₂O（g）從體系中分離出來(lái)   d．再充入1mol CO₂和3mol H₂
e．將該密閉容器改為恒壓密閉容器
②容器中反應(yīng)的逆反應(yīng)速率隨時(shí)間變化的關(guān)系如圖2．t₂時(shí)改變了某一種條件，改變的條件可能是升高溫度．（任寫(xiě)一點(diǎn)）

Answer 1

分析 （1）已知：
①C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO（g）△H=-111kJ•mol^-1；
②2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-484kJ•mol^-1；
根據(jù)蓋斯定律①-$\frac{1}{2}$②可得；反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，平衡時(shí)各種物質(zhì)的物質(zhì)的量、濃度、含量等不再發(fā)生變化，以及由此衍生的其它量不變，可由此進(jìn)行判斷；
（2）①根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算計(jì)算v（CO），再利用速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比計(jì)算v（CO₂）；
②第二組溫度比第一組高，反應(yīng)物物質(zhì)的量比第一組減半，但是平衡時(shí)CO₂的物質(zhì)的量比第一組的一半少，表明該反應(yīng)為放熱反應(yīng)；
③使實(shí)驗(yàn)3達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)各物質(zhì)的體積分?jǐn)?shù)與實(shí)驗(yàn)2分別相等，為等效平衡，該反應(yīng)為反應(yīng)前后氣體的體積不發(fā)生變化，滿(mǎn)足n（H₂O）：n（CO）=1：2即可；
（3）①根據(jù)圖象知，該反應(yīng)的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，能使c（CH₃OH）增大，說(shuō)明平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)；
②圖示中t₂時(shí)的逆反應(yīng)速率加快，根據(jù)及影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素判斷改變的條件．

解答 解：（1）①C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO（g）△H=-111kJ•mol^-1；
②2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-484kJ•mol^-1；
根據(jù)蓋斯定律①-$\frac{1}{2}$×②得：C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）△H=+131kJ•mol^-1；
a．反應(yīng)前后氣體的物質(zhì)的量發(fā)生變化，隨反應(yīng)進(jìn)行氣體的物質(zhì)的量增加，壓強(qiáng)增大，容器中的壓強(qiáng)不變，說(shuō)明反應(yīng)到達(dá)平衡，故正確；
b．l molH-H鍵斷裂的同時(shí)斷裂2mol H-O鍵，斷裂2mol H-O鍵同時(shí)生成l molH-H鍵，說(shuō)明反應(yīng)到達(dá)平衡，故正確；
c．根據(jù)反應(yīng)可知，自始至終v_正（CO）=v_正（H₂O），若v_正（CO）=v_逆（H₂O），則v_正（H₂O）=v_逆（H₂O），說(shuō)明反應(yīng)到達(dá)平衡，故正確；
d．根據(jù)反應(yīng)可知，自始至終c（CO）=c（H₂），不能說(shuō)明反應(yīng)到達(dá)平衡，故錯(cuò)誤；
e．容器的容積不變，隨反應(yīng)進(jìn)行容器內(nèi)氣體的質(zhì)量增加，所以隨反應(yīng)進(jìn)行密度增大，容器中氣體的密度不變，說(shuō)明反應(yīng)到達(dá)平衡，故正確；
故答案為：C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）△H=+131kJ•mol^-1；abce；
（2）①v（CO）=$\frac{（4mol-2.4mol）÷2L}{5min}$=0.16mol•（L•min）^-1，速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之，則v（CO₂）=0.16mol•（L•min）^-1，
故答案為：0.16mol•（L•min）^-1；
②實(shí)驗(yàn)1中CO的轉(zhuǎn)化率為$\frac{4-2.4}{4}$×100%=40%，實(shí)驗(yàn)2中CO的轉(zhuǎn)化率為$\frac{2-1.6}{2}$×100%=20%，則實(shí)驗(yàn)1的轉(zhuǎn)化率大于實(shí)驗(yàn)2，則說(shuō)明溫度升高平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，正反應(yīng)放熱；
故答案為：吸熱；
③使實(shí)驗(yàn)3達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)各物質(zhì)的體積分?jǐn)?shù)與實(shí)驗(yàn)2分別相等，為等效平衡，該反應(yīng)為反應(yīng)前后氣體的體積不發(fā)生變化，滿(mǎn)足n（H₂O）：n（CO）=1：2即可，即b=2a，且a＞1，；
故答案為：b=2a，且a＞1；
（3）①a．根據(jù)圖象知，該反應(yīng)的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，c（CH₃OH）減小，故a錯(cuò)誤；
b．充入He（g），使體系壓強(qiáng)增大，由于容器為恒容容器，各組分濃度不變，平衡不移動(dòng)，c（CH₃OH）不變，故b錯(cuò)誤；
c．將H₂O（g）從體系中分離出來(lái)，平衡正向移動(dòng)，c（CH₃OH）增大，故c正確；
d．再充入1mol CO₂和3molH₂，平衡正向移動(dòng)，c（CH₃OH）增大，故d正確；
e．將該密閉容器改為恒壓密閉容器，反應(yīng)是個(gè)體積減小的反應(yīng)，則相對(duì)于恒容為加壓，正方向移動(dòng)，c（CH₃OH）增大，故e正確；
故答案為：cde；
②根據(jù)圖象知，t₂時(shí)，逆反應(yīng)速率突然增大，原因可能是使用了催化劑、升高了溫度、增大了壓強(qiáng)、增大了生成物的濃度，而后逆反應(yīng)速率減小，平衡逆向移動(dòng)，則只能是t₂時(shí)增大了生成物的濃度或升高了溫度，
故答案為：升高溫度（增大生成物CH₃OH的濃度）．

點(diǎn)評(píng) 題考查了反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的條件、平衡狀態(tài)的判斷、化學(xué)反應(yīng)速率的求算、化學(xué)平衡常數(shù)的求算、據(jù)K隨溫度的變化判斷反應(yīng)吸熱還是放熱、等效平衡，題目有一定難度．