题目内容

19．如图1是某煤化工产业链的一部分，试运用所学知识，解决下列问题：

（1）煤的气化反应方程式C（s）+H2O（g）?CO（g）+H2（g），平衡常数表达式K=$\frac{c（CO）×c（{H}_{2}）}{c（{H}_{2}O）}$．
（2）工业合成氨是目前常采用的人工固氮方式，依据N2（g）+3H2（g）$?_{催化剂}^{高温、高压}$2NH3（g）△H=-92.4kJ•mol-1，回答下列问题：
①在定温、定容的密闭容器中，能说明该反应已达平衡状态的是bf（填序号）．
a．n（N2）：n（H2）：n（NH3）=1：3：2      b．容器内压强保持不变
c．N2的消耗速率与H2的消耗速率之比为1：3
d．混合气体的密度保持不变            f．N2、H2、NH3的浓度均不再变化
②图2图象与工业合成氨反应相符的是c（填序号）．
（3）合成甲醇的反应CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）△H=-90.8kJ•mol-1，在容积固定的密闭容器中，各物质的浓度如表所示：
浓度
时间		c（CO）/mol•L-1c（H2）/mol•L-1c（CH3OH）/mol•L-1
00.81.60
2min0.6x0.2
4min0.30.80.5
6min0.30.80.5
①0～2min内平均反应速率v（CO）=0.1mol/（L．min）．
②达到平衡时，CO的转化率为62.5%．
③保持其他条件不变，若6min时升高温度，平衡逆向 （填“正向”、“逆向”或“不”） 移动，平衡常数K减小（填“增大”、“减小”或“不变”）．
④若反应在第2min时改变了条件，可能是b或bc（填序号）．
a．降低温度  b．充入适量H2    c．加入催化剂   d．充入适量CO．

分析 （1）化学平衡常数是指：一定温度下，可逆反应到达平衡时，生成物的浓度系数次幂之积与反应物的浓度系数次幂之积的比，固体、纯液体不需要在化学平衡常数中写出；
（2）①可逆反应到达平衡时，同种物质的正逆速率相等，各组分的浓度、含量保持不变，由此衍生的其它一些量不变，判断平衡的物理量应随反应进行发生变化，该物理量由变化到不再变化说明到达平衡；
②a．温度越高，反应速率越快，到达平衡时间越短，正反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，氢气物质的量增大；
b．压强越大，反应速率越快，到达平衡时间越短，正反应为气体体积减小的反应，增大压强平衡正向移动，氢气的转化率增大；
c．交点处于平衡状态，再升高温度，正逆反应速率都增大，平衡逆向移动；
（3）①根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（CO）；
②4min时到达平衡状态，转化率=$\frac{浓度变化量}{起始浓度}$×100%；
③正反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，平衡常数减小；
④0～4min内CO浓度减小量为（0.8-0.3）mol/L=0.5mol/L，甲醇浓度增大量为0.5mol/L，二者浓度变化量之比等于化学计量数之比，而氢气浓度变化量为0.8mol/L，与CO浓度减小量之比为8：5，小于2：1，故在2min时应是增大氢气浓度，2-4min反应速率比0-2min内更快，也可能同时加入催化剂．

解答 解：（1）C（s）+H2O（g）?CO（g）+H2（g）的平衡常数表达式K=$\frac{c（CO）×c（{H}_{2}）}{c（{H}_{2}O）}$，
故答案为：$\frac{c（CO）×c（{H}_{2}）}{c（{H}_{2}O）}$；
（2）①a．平衡时各组分的物质的量关系与起始物质的量及转化率有关，不一定是化学计量数之比，故a错误；
b．随反应进行混合气体物质的量发生变化，恒温恒容下容器内压强变化，当容器内压强保持不变，说明反应到达平衡，故b正确；
c．N2的消耗速率与H2的消耗速率均表示正反应速率，二者速率之比始终为1：3，故c错误；
d．混合气体质量不变，容器容积不变，混合气体的密度始终保持不变，故d错误；
f．N2、H2、NH3的浓度均不再变化，说明反应到达平衡，故f正确，
故选：bf；
②a．温度T2到达平衡时间短，反应速率快，则温度T2＞T1，正反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，氢气物质的量增大，图象不符合，故a错误；
b．压强P2到达平衡时间短，反应速率快，则压强P2＞P1，正反应为气体体积减小的反应，增大压强平衡正向移动，氢气的转化率增大，图象不符合，故b错误；
c．交点处于平衡状态，再升高温度，正逆反应速率都增大，正反应为放热反应，平衡逆向移动，逆反应速率增大更多，图象符合实际，故c正确，
故选：c；
（3）①0～2min内CO浓度变化量为（0.8-0.6）mol/L=0.2mol/L，则v（CO）=$\frac{0.2mol/L}{2min}$=0.1mol/（L．min），
故答案为：0.1mol/（L．min）；
②4min时到达平衡状态，CO浓度减小量为（0.8-0.3）mol/L=0.5mol/L，则CO转化率=$\frac{0.5mol/L}{0.8mol/L}$×100%=62.5%，
故答案为：62.5%；
③正反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，平衡常数减小，
故答案为：逆向；减小；
④0～4min内CO浓度减小量为（0.8-0.3）mol/L=0.5mol/L，甲醇浓度增大量为0.5mol/L，二者浓度变化量之比等于化学计量数之比，而氢气浓度变化量为0.8mol/L，与CO浓度减小量之比为8：5，小于2：1，故在2min时应是增大氢气浓度，2-4min反应速率比0-2min内更快，也可能同时加入催化剂，
故选：b或bc．

点评 本题考查化学平衡计算与影响因素、化学平衡图象、平衡常数、反应速率等，侧重考查学生分析解决问题的能力，难度中等．

练习册系列答案
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②若容器容积为1L，且只加入反应物，当图中n=3mol时，反应达到平衡时H2、N2的转化率均为60%，此条件下（T2），反应的平衡常数K=2.08（mol/L）-2（精确到0.01）．
③图象中T2低于T1（填“高于”、“低于”、“等于”或“无法确定”）．
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