题目内容

18.煤化工是以煤 为原料,经过化学加工使煤转化为气体、液体、固体燃料以及各种化工 产品的工业过程.
(1)将水蒸气通过红热的碳即可产生水煤气.反应为:C(s)+H2O(g)?CO(g)+H2(g)△H=+131.3kJ•mol-1,△S=+133.7J•(K•mol)-1
①该反应能否自发进行与温度 有关;
②一定温度下,在一个容积可变的密闭容器中,发生上述反应,下列能判断该反应达到化学平衡状态的是bc(填字母).
a.容器中的压强不变        b.1mol H-H键断裂的同时断裂2molH-O键
c.v(CO)=v(H2O)    d.c(CO)=c(H2
(2)将不同量的CO(g)和H2O(g)分别通入到体积为2L的恒容密闭容器中,进行反应CO(g)+H2O(g)?CO2(g)+H2(g),得到如表三组数据:
          实验组温度/℃起始量/mol平衡量/mol达到平衡所
需时间/min
H2OCOH2CO
1650241.62.45
2900130.752.253
390024xyt
①实验1中以v(CO2) 表示的反应速率为0.16mol•(L•min)-1
②该反应的逆反应为吸热(填“吸”或“放”)热反应
③该反应平衡常数的数学表达式为$\frac{c(C{O}_{2})×c({H}_{2})}{c(CO)×c({H}_{2}O)}$表中x=$\frac{4}{3}$; y=$\frac{8}{3}$.

分析 (1)①△G=△H-T△S<0时,反应自发进行;
②反应达到平衡状态时,同种物质的正、逆反应速率相等,平衡时各组分的物质的量、浓度、含量等不再发生变化,以及由此衍生的其它量不变,选择判断的物理量,随着反应的进行发生变化,当该物理量由变化到定值时,说明可逆反应到达平衡状态;
(2)①根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v(CO),再利用速率之比等于化学计量数之比计算v(CO2);
②第2组可以等效为:开始在650℃时加入1molH2O、2molCO到达平衡,保持温度不变,再加入1molCO达到平衡,最后再升高温度到900℃时到达平衡;
开始在650℃时加入1molH2O、2molCO到达平衡,与第1组为等效平衡,转化率相同,平衡时H2为0.8mol,保持温度不变,再加入1molCO达到平衡,平衡正向移动,平衡时H2物质的量大于0.8mol,升高温度到900℃时到达平衡,氢气的物质的量减小,说明升高温度平衡向逆反应方向移动;
③平衡常数表达式K=$\frac{c(C{O}_{2})×c({H}_{2})}{c(CO)×c({H}_{2}O)}$,根据第2组实验计算平衡时各组分物质的量,反应前后气体的化学计量数不变,用物质的量代替浓度代入平衡常数表达式计算900℃平衡常数,用平衡时氢气的物质的量表示出其物质平衡时的物质的量,结合平衡常数列方程计算解答.

解答 解:(1)①该反应△H>0,△S>0,△G=△H-T△S<0时,反应自发进行,故高温下反应可以自发进行,故答案为:温度;
②a.反应前后气体的物质的量不发生变化,容器中始终压强不变,不能说明反应到达平衡,故a错误;
b.l molH-H键断裂的同时断裂2mol H-O键,断裂2mol H-O键同时生成l molH-H键,说明反应到达平衡,故b正确;
c.根据反应可知,自始至终v(CO)=v(H2O),若v(CO)=v(H2O),则v(H2O)=v(H2O),说明反应到达平衡,故c正确;
d.根据反应可知,自始至终c(CO)=c(H2),不能说明反应到达平衡,故d错误;
故选:bc;
(2)①v(CO)=$\frac{\frac{4mol-2.4mol}{2L}}{5min}$=0.16mol•(L•min)-1,速率之比等于化学计量数之,则v(CO2)=0.16mol•(L•min)-1
故答案为:0.16mol•(L•min)-1
②第2组可以等效为:开始在650℃时加入1molH2O、2molCO到达平衡,保持温度不变,再加入1molCO达到平衡,最后再升高温度到900℃时到达平衡;
开始在650℃时加入1molH2O、2molCO到达平衡,与第1组为等效平衡,转化率相同,平衡时H2为0.8mol,保持温度不变,再加入1molCO达到平衡,平衡正向移动,平衡时H2物质的量大于0.8mol,升高温度到900℃时到达平衡,氢气的物质的量减小,说明升高温度平衡向逆反应方向移动,故逆反应为吸热反应,
故答案为:吸热;
③平衡常数表达式K=$\frac{c(C{O}_{2})×c({H}_{2})}{c(CO)×c({H}_{2}O)}$,
           CO(g)+H2O(g)?CO2(g)+H2(g)
开始(mol):1      3        0        0
转化(mol):0.75   0.75     0.75     0.75
平衡(mol):0.25   2.25     0.75     0.75
反应前后气体的化学计量数不变,用物质的量代替浓度计算平衡常数,故900℃平衡常数K=$\frac{c(C{O}_{2})×c({H}_{2})}{c(CO)×c({H}_{2}O)}$=$\frac{0.75×0.75}{0.25×2.25}$=1,
          CO(g)+H2O(g)?CO2(g)+H2(g)
开始(mol):2     4         0       0
转化(mol):x     x         x       x
平衡(mol):2-x   4-x       x       x
故$\frac{x×x}{(2-x)×(4-x)}$=1,解得x=$\frac{4}{3}$,
故y=4-x=$\frac{8}{3}$,
故答案为:$\frac{c(C{O}_{2})×c({H}_{2})}{c(CO)×c({H}_{2}O)}$;$\frac{4}{3}$;$\frac{8}{3}$.

点评 本题考查化学平衡有关计算、平衡状态判断、反应自发性等,注意掌握化学平衡常数的应用,难度中等.

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