Question

【题目】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炭即可产生水煤气。反应为：

C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)　ΔH= +131.3kJ/mol，ΔS= +133.7J/(K·mol)。

①该反应能否自发进行与________________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________(填字母，下同)。

a．容器中的压强不变

b．1mol H-H键断裂的同时断裂2mol H-O键

c．v正(CO)＝v逆(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2 L的恒容密闭容器中，进行反应CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)，得到如下三组数据：

实验组	温度/℃	起始量/mol		平衡量/mol		达到平衡所需时间/min
		H2O	CO	H2	CO
1	650	2	4	1.6	2.4	5
2	900	1	2	0.4	1.6	3
3	900	a	b	c	d	t

①实验1中以v(CO2)表示的反应速率为__________。

②该反应的逆反应为________(填“吸”或“放”)热反应。

③若实验3要达到与实验2相同的平衡状态(即各物质的质量分数分别相等)，且t<3min，则a、b应满足的关系是____________________(用含a、b的数学式表示)。

(3)目前工业上有一种方法是用CO2来生产甲醇。一定条件下发生反应：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)，如图表示该反应进行过程中能量(单位为kJ/mol)的变化。在体积为1L的恒容密闭容器中，充入1mol CO2和3mol H2，下列措施中能使 c(CH3OH)增大的是___。

a．升高温度 b．充入He(g)，使体系压强增大

c．将H2O(g)从体系中分离出来 　　d．再充入1mol CO2和3mol H2

Answer 1

【答案】温度 bc 0.16mol/(L·min) 吸 b=2a，a>1(或使用合适的催化剂) cd

【解析】

(1)①利用判据：△H-T△S＜0，得：与温度有关

②a、容积可变的密闭容器，则无论是否达平衡，压强不变，故a错误；

b、1mol H-H键断裂，表示v逆(H2)，断裂2mol H-O键，表示v正(H2O)，且两者相等，可以说明反应达到平衡，故b正确；

c、v正(CO)=v逆(H2O)，可以说明反应达到平衡，c正确；

d、由于该反应涉及工业生产，根据方程式的化学计量系数可知：无论是否达平衡，c(CO)=c(H2)，故d错误；

故选bc；

（2）① CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)

系数 1 1 1 1

C0 2 1 0 0

△C 0.8 0.8 0.8 0.8

C（平衡）1.2 0.2 0.8 0.8

实验1中以v(CO2)= ==0.16mol/(L·min)；

并计算，得：K(650℃) ==2.67；

② CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)

系数 1 1 1 1

C0 1 0.5 0 0

△C 0.2 0.2 0.2 0.2

C（平衡）0.8 0.3 0.2 0.2

同理：计算，得K(900℃) ==0.17，说明升温，K值减小，平衡左移，则逆向为吸热的；

③等温、等容下的等效平衡（且压强不影响该平衡移动），即：a:b=1:2，t<3 min，即增大反应速率，所以a>1(或使用合适的催化剂)；

（3）能使 c(CH3OH)增大，即平衡右移：

a、由图像知：正向为放热的，而升温，平衡左移，故a错误；

b、充入He(g)，压强增大，该反应是气体体积不变的反应，平衡不移动，故b错误；

c、将H2O(g)从体系中分离出来，平衡右移，故c正确；

d、再充入1mol CO2和3mol H2，增大反应物浓度，平衡右移，故d正确；

故选cd。