Question

16．水煤氣是一種低熱值煤氣，主要成分為H₂和CO，主要作為工業(yè)上合成氨和液體燃料的原料．
（1）反應(yīng)CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41KJ/mol的v-t圖象如圖1所示，若其他條件不變，只是在反應(yīng)前縮小體積使壓強(qiáng)增大，則其v-t圖象如圖2所示．

下列說(shuō)法正確的是C
①a₁＞a₂ ②a₁＜a₂ ③b₁＞b₂  ④b₁＜b₂  ⑤t₁＞t₂  ⑥t₁=t₂ ⑦兩圖中陰影部分面積相等  ⑧圖2陰影部分面積更大
A．①④⑤⑦B．①③⑥⑦C．②④⑤⑧D．②④⑤⑦
（2）在一定溫度下將C單質(zhì)和CO₂（g）各0.10mol充入體積為1L的恒容密閉容器中發(fā)生反應(yīng)C（s）+CO₂（g）?2CO（g）△H=+172KJ/mol．
①下列示意圖正確且能說(shuō)明反應(yīng)在t₁時(shí)刻已經(jīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的是ac（填序號(hào)）．

②達(dá)到平衡時(shí)，容器內(nèi)的壓強(qiáng)為起始時(shí)的1.5倍，則此時(shí)反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K=；若此時(shí)再分別加入0.05mol的CO₂和0.1mol的CO，則此時(shí)平衡將左移（填“左移”、“右移”或“不移動(dòng)”．）若將該反應(yīng)的起始條件改為恒溫恒壓，則達(dá)到平衡時(shí)，CO₂的轉(zhuǎn)化率將增大（填“增大”“減小”或“不變”）．
（3）工業(yè)上用焦炭和水蒸氣制備水煤氣的熱化學(xué)方程式為C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H=+131KJ/mol
（4）在一定條件下以CO和H₂為原料可以合成乙醇，反應(yīng)方程式為：2CO（g）+4H₂（g）?CH₃CH₂OH（g）+H₂O（g）△H=aKJ/mol．
請(qǐng)從反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行的角度解釋a一定小于0的原因：該反應(yīng)的△S＜0，只有當(dāng)△H＜0時(shí)，吉布斯自由能△G=△H-T△S才有可能小于0，反應(yīng)才能在一定條件下自發(fā)進(jìn)行，所以a＜0，若只改變反應(yīng)的一個(gè)條件，能使平衡體系中n$\frac{C{H}_{3}COOH}{n（{{H}_{2}}^{\;}）}$增大的措施有降溫，加壓或增加CO的濃度（答出兩點(diǎn)即可）

Answer 1

分析 （1）反應(yīng)CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41KJ/mol的v-t圖象如圖1所示，反應(yīng)前后氣體體積不變，若其他條件不變，只是在反應(yīng)前縮小體積使壓強(qiáng)增大，物質(zhì)濃度增大，反應(yīng)速率增大，達(dá)到平衡所需時(shí)間縮小，陰影部分為反應(yīng)物濃度變化量，圖2中濃度變化比圖1中濃度變化大；
（2）①C（s）+CO₂（g）?2CO（g）△H=+172KJ/mol，反應(yīng)為氣體體積增大的吸熱反應(yīng)，根據(jù)化學(xué)平衡狀態(tài)的特征解答，當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)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(shí)要注意，選擇判斷的物理量，隨著反應(yīng)的進(jìn)行發(fā)生變化，當(dāng)該物理量由變化到定值時(shí)，說(shuō)明可逆反應(yīng)到達(dá)平衡狀態(tài)；②達(dá)到平衡時(shí)，容器內(nèi)的壓強(qiáng)為起始時(shí)的1.5倍，結(jié)合化學(xué)平衡三行計(jì)算列式計(jì)算平衡濃度，平衡常數(shù)K=$\frac{生成物平衡濃度冪次方乘積}{反應(yīng)物平衡濃度冪次方乘積}$；若此時(shí)再分別加入0.05mol的CO₂和0.1mol的CO，計(jì)算此時(shí)的濃度商和平衡常數(shù)比較判斷反應(yīng)進(jìn)行方向；若將該反應(yīng)的起始條件改為恒溫恒壓，則達(dá)到平衡時(shí)，隨反應(yīng)進(jìn)行其他物質(zhì)的量增加，為保持恒壓，氣體體積增大氣體壓強(qiáng)減小，平衡正向進(jìn)行；
（3）①CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41KJ/mol，
②C（s）+CO₂（g）?2CO（g）△H=+172KJ/mol．
蓋斯定律計(jì)算①+②得到所需熱化學(xué)方程式；
（4）反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的判斷依據(jù)為△G=△H-T△S＜0，改變條件使比值$\frac{n（C{H}_{3}C{H}_{2}OH）}{n（{H}_{2}）}$增大，平衡需要正向進(jìn)行；

解答 解：（1）反應(yīng)CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41KJ/mol的v-t圖象如圖1所示，反應(yīng)前后氣體體積不變，若其他條件不變，只是在反應(yīng)前縮小體積使壓強(qiáng)增大，物質(zhì)濃度增大，反應(yīng)速率增大，達(dá)到平衡所需時(shí)間縮小，陰影部分為反應(yīng)物濃度變化量，圖2中濃度變化比圖1中濃度變化大，則分析選項(xiàng)得到：a₁＜a₂，b₁＜b₂，t₁＞t₂，兩圖中陰影部分面積圖2陰影部分面積更大，選擇②④⑤⑧，故選C，
故答案為：C；
（2）①a．t₁時(shí)正逆反應(yīng)速率相同，說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故a正確；
b、t₁時(shí)平衡常數(shù)不繼續(xù)變化，正逆反應(yīng)速率不相等，不能說(shuō)明達(dá)到了平衡狀態(tài)，故b錯(cuò)誤；
c、反應(yīng)前后氣體質(zhì)量變化，質(zhì)量增加，物質(zhì)的量增大，t₁時(shí)氣體平均摩爾質(zhì)量不變，說(shuō)明正逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故c正確；
d、t₁后氣體壓強(qiáng)增大，始終發(fā)生變化，表明正逆反應(yīng)速率不相等，反應(yīng)不能達(dá)到平衡狀態(tài)，故d錯(cuò)誤；
故選ac，
故答案為：ac；
②在一定溫度下將C單質(zhì)和CO₂（g）各0.10mol充入體積為1L的恒容密閉容器中發(fā)生反應(yīng)，設(shè)二氧化碳消耗濃度為x，
                  C（s）+CO₂（g）?2CO（g）△H=+172KJ/mol，
起始量（mol/L）        0.10           0
變化量（mol/L）        x               2x
平衡量（mol/L）   0.10-x            2x
達(dá)到平衡時(shí)，容器內(nèi)的壓強(qiáng)為起始時(shí)的1.5倍，則0.10-x+2x=0.10×1.5，
x=0.05mol/L，則平衡常數(shù)K=$\frac{（2×0.05）^{2}}{0.10-0.05}$=0.2，
若此時(shí)再分別加入0.05mol的CO₂和0.1mol的CO，此時(shí)濃度商Qc=$\frac{（0.1+0.1）^{2}}{0.05+0.05}$=0.4＞K=0.2，則此時(shí)平衡將左移，若將該反應(yīng)的起始條件改為恒溫恒壓，隨反應(yīng)進(jìn)行其他物質(zhì)的量增加，為保持恒壓，氣體體積增大氣體壓強(qiáng)減小，平衡正向進(jìn)行，則達(dá)到平衡時(shí)，CO₂的轉(zhuǎn)化率將增大，
故答案為：0.2；左移；增大；
（3）①CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41KJ/mol，
②C（s）+CO₂（g）?2CO（g）△H=+172KJ/mol．
蓋斯定律計(jì)算①+②得到所需熱化學(xué)方程式：C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H=+131KJ/mol，
故答案為：C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H=+131KJ/mol；
（4）在一定條件下以CO和H₂為原料可以合成乙醇，反應(yīng)方程式為：2CO（g）+4H₂（g）?CH₃CH₂OH（g）+H₂O（g）△H=aKJ/mol．
弱反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行△G=△H-T△S＜0，反應(yīng)前后氣體體積減小，△S＜0，只有當(dāng)△H＜0時(shí)，吉布斯自由能△G=△H-T△S才有可能小于0，所以a＜0，
改變條件使比值$\frac{n（C{H}_{3}C{H}_{2}OH）}{n（{H}_{2}）}$增大，平衡需要正向進(jìn)行，反應(yīng)是放熱反應(yīng)可以降低溫度，反應(yīng)前后氣體體積減小可以是增大壓強(qiáng)，也可以增大CO濃度提高氫氣轉(zhuǎn)化率，
故答案為：該反應(yīng)的△S＜0，只有當(dāng)△H＜0時(shí)，吉布斯自由能△G=△H-T△S才有可能小于0，反應(yīng)才能在一定條件下自發(fā)進(jìn)行，所以a＜0；降溫，加壓或增加CO的濃度．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡影響因素分析、熱化學(xué)方程式書(shū)寫(xiě)、平衡常數(shù)計(jì)算、反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的判斷依據(jù)等知識(shí)點(diǎn)，掌握基礎(chǔ)是解題關(guān)鍵，題目難度中等．