Question

6．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，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．υ正（CO）=υ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2L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

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υ（CO₂）表示的反应速率为0.16mol•（L•min）^-1．
②该反应的逆反应为吸（填“吸”或“放”）热反应
（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），图表示该反应进行过程中能量（单位为kJ•mol^-1）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cd．
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

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）根据图象知，该反应的正反应是放热反应，能使c（CH₃OH）增大，说明平衡向正反应方向移动．

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．在一个容积可变的密闭容器中，容器中压强始终不变，所以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_正（CO）=v_正（H₂O），若v_正（CO）=v_逆（H₂O），则v_正（H₂O）=v_逆（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）a．升高温度，平衡逆向移动，c（CH₃OH）减小，故a错误；
b．充入He（g），使体系压强增大，由于容器为恒容容器，各组分浓度不变，平衡不移动，c（CH₃OH）不变，故b错误；
c．将H₂O（g）从体系中分离出来，平衡正向移动，c（CH₃OH）增大，故c正确；
d．再充入1mol CO₂和3molH₂，平衡正向移动，c（CH₃OH）增大，故d正确．
故答案为：cd．

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．