Question

15．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^-1一定温度下，在一个容积固定的密闭容器中，发生上述反应，下列不能判断该反应达到化学平衡状态的是d （填字母）．
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），得到如下三组数据：

实验组	温度/℃	起始量/mol		平衡量/mol		达到平衡所需时间/min
		CO	H2O	H2	CO2
1	650	2	4	1.6	1.6	5
2	900	1	2	0.4	0.4	3
3	900	a	b	c	d	t

①该反应的逆反应为吸 （填“吸”或“放”）热反应
②若实验3要达到与实验2中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b=2a且a＞l （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）图1表示该反应进行过程中能量（单位为kJ?mol．）的变化．
①在体积为1L的恒容密闭容器中，充入l molCO₂和3molH₂，下列措施中能使 c （CH₃OH）增大的是cd （填字母）
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l mol CO₂和3molH₂
②当反应达到平衡时不断改变条件（但不改变各组分物质的量和状态）反应速率随时间的变化如图2：其中表示平衡混合物中CH₃OH含量最高的一段时间是t₀～t₁；如t₀～t₁平衡常数为K₁，t₂～t₃平衡常数为K₂，则K₁大于K₂（填“大于”、“等于”或“小于”）．

Answer 1

分析 （1）可逆反应到达平衡时，同种物质的正逆速率相等且保持不变，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；
（2）①．实验2中起始反应物的物质的量为实验1中一半，若温度相同时，由于反应前后气体体积不变，压强不影响平衡移动，转化率相等，则实验2平衡时氢气为0.8mol，而由于温度升高平衡时氢气为0.4mol，说明升高温度平衡逆向移动；
②实验2、实验3温度相等，实验3要达到与实验2中各物质的质量分数分别相等，说明为等效平衡，且t＜3min，说明实验3中反应速率加快，压强不影响平衡移动，则投料比相等且同种物质的浓度实验3中较大，或使用催化剂也能实现目的；
（3）①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；
②根据图象知，t₁时刻，正逆反应速率都增大且平衡逆向，改变的条件是升高温度；t₃时刻，正逆反应速率都增大且相等，改变的条件是加入催化剂；t₄时刻正逆反应速率都减小，且平衡向逆反应方向移动，改变的条件是减小压强．

解答 解（1）a．随反应进行混合气体物质的量增大，恒温恒容下压强增大，压强不变时说明反应到达平衡，故a正确；
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：d；
（2）①．实验2中起始反应物的物质的量为实验1中一半，若温度相同时，由于反应前后气体体积不变，压强不影响平衡移动，转化率相等，则实验2平衡时氢气为0.8mol，而由于温度升高平衡时氢气为0.4mol，说明升高温度平衡逆向移动，升高温度平衡向吸热反应方向移动，故逆反应为吸热反应，
故答案为：吸；
②实验2、实验3温度相等，实验3要达到与实验2中各物质的质量分数分别相等，说明为等效平衡，且t＜3min，说明实验3中反应速率加快，压强不影响平衡移动，则投料比相等且同种物质的浓度实验3中较大，则a：b=1：2且a＞1，即b=2a且a＞l，
故答案为：b=2a且a＞l；
（3）①a．由图可知，反应物总能量小于生成物总能量，为放热反应，升高温度平衡逆向移动，c（CH₃OH）减小，故a错误；
b．充入He （g），恒温恒容下，反应各组分浓度不变，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l mol CO₂和3molH₂，平衡正向移动，c（CH₃OH）增大，故d正确，
故选：cd；
②根据图象知，t₁时刻，正逆反应速率都增大且可逆反应向逆反应方向移动，改变的条件是升高温度；t₃时刻，正逆反应速率都增大且相等，改变的条件是加入催化剂；t₄时刻正逆反应速率都减小，且平衡向逆反应方向移动，改变的条件是减小压强，所以平衡混合物中CH₃OH含量最高的一段时间是t₀～t₁；如t₀～t₁平衡常数为K₁，t₂～t₃平衡常数为K₂，且t₀～t₁温度小于t₂～t₃温度，所以K₁大于K₂，
故答案为：t₀～t₁；大于．

点评 本题考查化学平衡状态判断、化学平衡图象、化学平衡的影响因素等，难度中等，侧重考查学生运用知识分析解决问题的能力．