Question

6．以煤为原料，经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叫煤化工．
（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；
①该反应在高温下能自发进行（填“能”或“不能”）；
②恒温下，在容积不变的密闭容器中，进行如上可逆反应．一段时间后，下列物理量不发生变化时，能表明该反应已达到平衡状态的有：D．
Ⅰ混合气体的密度；Ⅱ容器内气体的压强；Ⅲ混合气体的总物质的量；ⅣCO物质的量浓度
A、只有ⅣB、只有Ⅰ和ⅣC、只有Ⅱ和ⅢD、Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ
（2）水煤气再进一步反应可制取氢气．反应为H₂O（g）+CO（g）?H₂（g）+CO₂（g），某温度下该反应的平衡常数K=4/9．该温度下在甲、乙、丙三个恒容密闭容器中，只投入H₂（g）和CO₂（g），其起始浓度如下表所示．下列判断不正确的是C．

起始浓度	甲	乙	丙
c（H2）/mol/L	0.010	0.020	0.020
c（CO2）/mol/L	0.010	0.010	0.020

A、反应开始时，丙中的反应速率最快，甲中的反应速率最慢
B、平衡时，甲中和丙中H₂的转化率均是60%
C、平衡时，丙中c（CO₂）是甲中的2倍，是0.012mol/L
D、平衡时，乙中CO₂的转化率大于60%

Answer 1

分析 （1）①该反应为熵增大，焓增大的反应，由△G=△H-T△S判断；
②根据达到平衡时的特征“等”、“定”结合反应方程式的特征判断是否达到平衡状态；
（2）反应H₂O（g）+CO（g）?H（g）+CO₂（g）中，反应物和生成物的体积相等，压强对平衡移动无影响，从等效平衡的角度结合浓度对平衡的影响分析．

解答 解：（1）①该反应为熵增大，焓增大的反应，由△G=△H-T△S，△G＜0反应可自发进行，可知该反应在高温时可以自发进行，常温下难以自发进行，故答案为：能；
②Ⅰ由于有固体参加反应，当混合气体的密度不变时，气体的质量不变，说明达到平衡状态；
Ⅱ反应前后气体的体积不等，当容器内气体的压强不变时说明达到平衡状态；
Ⅲ反应前后气体的体积不等，混合气体的总物质的量不变，说明达到平衡状态；
ⅣCO物质的量浓度不变，说明达到平衡状态，则Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ都可说明达到平衡状态，
故答案为：D；
（2）A．丙中浓度最大，甲中浓度最小，浓度越大，反应速率越大，则反应开始时，丙中的反应速率最快，甲中的反应最慢，故A正确；
B． 以甲计算：
H₂O（g）+CO（g）?H₂（g）+CO₂（g）
起始：0 0 0.010 0.010
转化：x x x x
平衡：x x 0.01-x 0.01-x
则$\frac{（0.01-x）×（0.01-x）}{x{\;}^{2}}$=$\frac{4}{9}$，
x=0.006，则平衡时甲中的H₂的转化率均是$\frac{0.006}{0.01}$=60%，由于甲和丙的气体的比值相同，为等效平衡状态，则丙中H₂的转化率也为60%，故B正确；
C．由B计算可知，平衡时，丙中的c（CO₂）是甲中的2倍，应为2×（0.01-0.006）mol/L=0.008mol/L，故C错误；
D．乙与甲相比较，相当于在甲的基础上通入H₂，则平衡向逆反应方向移动，平衡时，乙中的CO₂的转化率大于60%，故D正确．
故答案为：C．

点评 本题考查化学平衡以及反应热的计算，题目难度较大，本题注意利用三段式法计算，易错点为（2），注意对等效平衡的理解和运用．