Question

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）在煤的氣化反應(yīng)器中發(fā)生如下幾種反應(yīng)：
C（s）十H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H=+131kJ/mol
C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-394kJ/mol
CO（g）+

1

2

O₂（g）=CO₂（g）△H=-283kJ/mol
則CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）△H=

 

（2）已知830℃時(shí)，在一個(gè)容積固定的密閉容器中，發(fā)生反應(yīng)CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）下列能判斷該反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的是

 

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）
此溫度下該反應(yīng)的K=1，等物質(zhì)的量的CO和H₂O反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)，CO的轉(zhuǎn)化率為

 

（3）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(jìn)行反應(yīng)CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），得到如下三組數(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/min
		H2O	CO	H2	CO2
1	650	2	4	1.6	1.6	5
2	900	1	2	0.4	0.4	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

 

．
②該反應(yīng)的逆反應(yīng)為

 

（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），且t＜3min，則a、b應(yīng)滿足的關(guān)系是

 

（用含a、b的數(shù)學(xué)式表示）．
（4）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)：
3H₂（g）+CO₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），如圖1，表示該反應(yīng)進(jìn)行過(guò)程中能量（單位為kJ/mol）的變化．

①在體積為1L的恒容密閉容器中，充入1molCO₂和3molH₂，
下列措施中能使c（CH₃OH）增大的是

 

（填字母）
a．升高溫度
b．充入He（g），使體系壓強(qiáng)增大
c．將H₂O（g）從體系中分離出來(lái)   
d．再充入1mol CO₂和3molH₂
②當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)不斷改變條件（但不改變各組分物質(zhì)的量和狀態(tài)且只改變一個(gè)條件）反應(yīng)速率隨時(shí)間的變化．如圖2：其中表示平衡混合物中CH₃OH含量最高的一段時(shí)間是

 

；如t₀～t₁平衡常數(shù)為K₁，
t₂～t₃平衡常數(shù)為K₂，則K₁

 

K₂（填＞、=、＜）．

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)平衡的影響因素,熱化學(xué)方程式,化學(xué)反應(yīng)速率變化曲線及其應(yīng)用

專題：化學(xué)平衡專題

分析：（1）根據(jù)蓋斯定律計(jì)算焓變；
（2）當(dāng)可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)體系中各物質(zhì)的質(zhì)量、物質(zhì)的量濃度及其百分含量不變；
根據(jù)化學(xué)平衡常數(shù)計(jì)算CO的轉(zhuǎn)化率；
（3）①根據(jù)v（CO₂）=

△n V

△t

計(jì)算二氧化碳平均反應(yīng)速率；   
②因?yàn)閴簭?qiáng)不影響平衡移動(dòng)，如果實(shí)驗(yàn)1、2轉(zhuǎn)化率相等，則實(shí)驗(yàn)2達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)氫氣的物質(zhì)的量應(yīng)該是實(shí)驗(yàn)1的一半為0.8mol，實(shí)際上是0.4mol，說(shuō)明升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，據(jù)此判斷其反應(yīng)熱；
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），且t＜3min，說(shuō)明實(shí)驗(yàn)3反應(yīng)速率大于實(shí)驗(yàn)2，壓強(qiáng)不影響平衡移動(dòng)，則實(shí)驗(yàn)3中a、b的物質(zhì)的量之比等于實(shí)驗(yàn)2中水正確和CO的物質(zhì)的量之比，或使用催化劑；
（4）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根據(jù)圖象知，t₁時(shí)刻，正逆反應(yīng)速率都增大且可逆反應(yīng)向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，改變的條件是升高溫度；t₃時(shí)刻，正逆反應(yīng)速率都增大且相等，改變的條件是加入催化劑；t₄時(shí)刻正逆反應(yīng)速率都減小，且平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，改變的條件是減小壓強(qiáng)，據(jù)此分析解答．

解答： 解：（1）C（s）十H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H=+131kJ/mol①
C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-394kJ/mol ②
CO（g）+

1

2

O₂（g）=CO₂（g）△H=-283kJ/mol ③
將方程式2③-②+①得CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）△H=2×（-283kJ/mol）-（-394kJ/mol）+（+131kJ/mol）=-41 kJ/mol，
故答案為：-41 kJ/mol；
（2）a．無(wú)論該反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)，容器中的壓強(qiáng)始終不變，所以壓強(qiáng)不能作為判斷依據(jù)，故錯(cuò)誤；     
b．1mol H-H鍵斷裂的同時(shí)斷裂2mol H-O鍵，正逆反應(yīng)速率相等，所以該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故正確；
c． V_正（CO）=V_逆 （H₂O）時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，所以該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故正確；    
d．c（CO）=c（H₂）時(shí)該反應(yīng)不一定達(dá)到平衡狀態(tài)，與反應(yīng)初始濃度、轉(zhuǎn)化率有關(guān)，所以不能據(jù)此判斷平衡狀態(tài)，故錯(cuò)誤；
故選bc；
該溫度下該反應(yīng)的K=1，設(shè)等物質(zhì)的量的CO和H₂O的物質(zhì)的量都是1mol，反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)，設(shè)CO的轉(zhuǎn)化率為x，
   CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）
開始1mol 1mol     0     0
反應(yīng)xmol xmol     xmol  xmol
平衡（1-x）mol （1-x）mol xmol xmol
化學(xué)平衡常數(shù)K=

x．x

(1-x)2

=1，x=0.5=50%，
故答案為：bc；50%；
（3）①v（CO₂）=

△n V

△t

=

1.6mol-0 2L

5min

=0.16 mol/（L．min），故答案為：0.16 mol/（L．min）；   
②因?yàn)閴簭?qiáng)不影響平衡移動(dòng)，如果實(shí)驗(yàn)1、2轉(zhuǎn)化率相等，則實(shí)驗(yàn)2達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)氫氣的物質(zhì)的量應(yīng)該是實(shí)驗(yàn)1的一半為0.8mol，實(shí)際上是0.4mol，說(shuō)明升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，則逆反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，故答案為：吸；
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），且t＜3min，說(shuō)明實(shí)驗(yàn)3反應(yīng)速率大于實(shí)驗(yàn)2，壓強(qiáng)不影響平衡移動(dòng)，則實(shí)驗(yàn)3中a、b的物質(zhì)的量之比等于實(shí)驗(yàn)2中水正確和CO的物質(zhì)的量之比=1：2，即b=2a，或使用催化劑也能實(shí)現(xiàn)目的，
故答案為：b=2a且a＞l（或使用合適的催化劑）；
（4）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)，
a．升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，則c（CH₃OH）減小，故錯(cuò)誤；
b．充入He（g），使體系壓強(qiáng)增大，但反應(yīng)物、生成物濃度不變，平衡不移動(dòng)，c（CH₃OH）不變，故錯(cuò)誤；
c．將H₂O（g）從體系中分離出來(lái)，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，c（CH₃OH）增大，故正確；
d．再充入1mol CO₂和3molH₂，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，c（CH₃OH）增大，故正確；
故選cd；
②根據(jù)圖象知，t₁時(shí)刻，正逆反應(yīng)速率都增大且可逆反應(yīng)向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，改變的條件是升高溫度；t₃時(shí)刻，正逆反應(yīng)速率都增大且相等，改變的條件是加入催化劑；t₄時(shí)刻正逆反應(yīng)速率都減小，且平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，改變的條件是減小壓強(qiáng)，所以平衡混合物中CH₃OH含量最高的一段時(shí)間是t₀～t₁；如t₀～t₁平衡常數(shù)為K₁，t₂～t₃平衡常數(shù)為K₂，且t₀～t₁溫度小于t₂～t₃溫度，所以K₁大于K₂，故答案為：t₀～t₁；大于．

點(diǎn)評(píng)：本題考查化學(xué)平衡的計(jì)算、熱化學(xué)反應(yīng)等知識(shí)點(diǎn)，側(cè)重考查學(xué)生運(yùn)用知識(shí)解答問(wèn)題能力，難點(diǎn)是圖象分析，知道外界條件改變對(duì)反應(yīng)速率的影響，會(huì)正確判斷平衡移動(dòng)方向，注意：只有反應(yīng)前后改變的物理量才能作為判斷平衡狀態(tài)的依據(jù)，難度中等．