Question

以煤為原料，經(jīng)過化學(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)叫煤化工．
（1）將水蒸氣通過紅熱的炭即可產(chǎn)生水煤氣．反應(yīng)為：
C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）△H=+131.3kJ?mol^-1．
①該反應(yīng)在常溫下

 

自發(fā)進(jìn)行（填“能”或“不能”）；
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(yīng)，下列能斷定該反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的是

 

（填字母，下同）．
a．容器中的壓強(qiáng)不變                b．1mol H-H鍵斷裂的同時，斷裂2mol H-O鍵
c．c（CO）=c（H₂）                d．密閉容器的容積不再改變
（2）將不同量的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），得到如下三組數(shù)據(jù)：

實(shí)驗組	溫度/℃	起始量/mol		平衡量/mol		達(dá)到平衡所需時間/min
		H2O	CO	H2	CO
1	650	2	4	1.6	2.4	6
2	900	1	2	0.4	1.6	3
3	900	a	b	c	d	t

①實(shí)驗1中以v（CO₂）表示的反應(yīng)速率為

 

（取小數(shù)點(diǎn)后兩位，下同）；
②實(shí)驗2條件下平衡常數(shù)K=

 

；若將1.2molCO、2molH₂O、0.8molH₂、2.4molCO₂充入反應(yīng)器中，讓其在實(shí)驗2條件下反應(yīng)，則平衡將向

 

（正、逆）反應(yīng)方向移動．
③若實(shí)驗3達(dá)平衡時與實(shí)驗2平衡狀態(tài)中各物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別相等，且t＜3min，則a、b應(yīng)滿足的關(guān)系是

 

（用含a、b的代數(shù)式表示）．

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷,化學(xué)平衡的計算

專題：化學(xué)平衡專題

分析：（1）①根據(jù)△G=△H-T△S判斷，△G＜0，反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行；
②反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時，正逆反應(yīng)速率相等，平衡時各種物質(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由表中數(shù)據(jù)可知，CO的物質(zhì)的量變化量為4mol-2.4mol=1.6mol，根據(jù)v=

△n V

△t

，計算v（CO），再利用速率之比等于化學(xué)計量數(shù)之比計算v（CO₂）；
②利用三段式計算平衡時，各組分的物質(zhì)的量，該反應(yīng)是氣體體積不變的反應(yīng)，故利用物質(zhì)的量代替濃度代入平衡常數(shù)表達(dá)式計算平衡常數(shù)；
據(jù)Qc與K的大小比較確定反應(yīng)方向；
③使實(shí)驗3達(dá)到平衡狀態(tài)時各物質(zhì)的體積分?jǐn)?shù)與實(shí)驗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，滿足n（H₂O）：n（CO）=1：2即可．

解答： 解：（1）①由熱化學(xué)反應(yīng)方程式可知，反應(yīng)為焓增，熵增過程，即△H＞0、△S＞0，△G=△H-T△S＜0時反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行，只有在較高溫度下，才能使△G＜0，該反應(yīng)在室溫下不能自發(fā)進(jìn)行；
故答案為：不能；
②C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）△H=+131.3kJ?mol^-1，反應(yīng)是氣體體積增大的吸熱反應(yīng)，
a．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(yīng)，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，保持恒壓，容器中的壓強(qiáng)始終不變，不能說明反應(yīng)到達(dá)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(yīng)到達(dá)平衡，故b正確．
c．根據(jù)反應(yīng)可知，自始至終c（CO）=c（H₂），不能說明反應(yīng)到達(dá)平衡，故d錯誤；
d．反應(yīng)前后氣體的物質(zhì)的量發(fā)生變化，容器內(nèi)氣體體積不變，說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故d正確；
故選：bd；
（2）①由表中數(shù)據(jù)可知，CO的物質(zhì)的量變化量為4mol-2.4mol=1.6mol，v（CO）=

△n V

△t

=

1.6mol 2L

6min

=

2

15

mol/（L?min），速率之比等于化學(xué)計量數(shù)之比，故v（CO₂）=v（CO）=

2

15

mol/（L?min）=0.13mol/（L?min），
故答案為：0.13mol/（L?min）；
②平衡時CO的物質(zhì)的量為1.6mol，則：
            CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），
開始（mol）：2       1        0        0
變化（mol）：0.4     0.4     0.4      0.4
平衡（mol）：1.6     0.6     0.4      0.4
該反應(yīng)前后氣體體積不變，故利用物質(zhì)的量代替濃度計算平衡常數(shù)，故900℃時該反應(yīng)平衡常數(shù)k=

0.4×0.4

1.6×0.6

=0.17，
Qc=

0.8×2.4

1.2×2

=0.8＞K=0.17，所以反應(yīng)向逆向移動，
故答案為：0.17；逆；
③使實(shí)驗3達(dá)到平衡狀態(tài)時各物質(zhì)的體積分?jǐn)?shù)與實(shí)驗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，滿足n（H₂O）：n（CO）=1：2即可，即b=2a，且a＞1，
故答案為：b=2a，且a＞1．

點(diǎn)評：本題考查了反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的條件、化學(xué)平衡狀態(tài)的標(biāo)志、化學(xué)反應(yīng)速率的求算、化學(xué)平衡常數(shù)的求算、Qc與K的大小對反應(yīng)方向的影響、等效平衡，題目難度較大．