Question

15．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该反应在高温下能自发进行的原因是△S＞0
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BDF（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 （CO）=V （H₂）D．密闭容器的容积不再改变
E．消耗1mol 水的同时生成1mol H₂  F．容器的密度不变
③该反应的平衡常数的表达式K=$\frac{c（CO）c（{H}_{2}）}{c（{H}_{2}O）}$．
（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），某温度下该反应的逆反应平衡常数K=$\frac{4}{9}$．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B．

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的转化率不等
C．平衡时，丙中c（CO₂）是甲中的2 倍
D．平衡时，乙中CO₂的转化率大于60%
（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^-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）减小的是A．
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在高温下能自发进行，根据△G=△H-T△S＜0判断；
②结合平衡的特征“等、定”及衍生的物理量判断，始终不变的量不能判定平衡状态；
③K是生成物的浓度幂与反应物浓度幂之积的比；
（2）A．丙中浓度最大，甲中浓度最小，浓度越大，反应速率越大；
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$\frac{（0.01-x）^{2}}{{x}^{2}}$=$\frac{4}{9}$，
x=0.006，结合等效平衡状态计算；
C．由B计算可知，平衡时，丙中的c（CO₂）是甲中的2倍；
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；
（3）A．该反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动；
B．充入He（g），使体系压强增大，但各组分的浓度不变；
C．将H₂O（g）从体系中分离出来，生成物浓度减小；
D．再充入1mol CO₂ 和3mol H₂，两边的气体计量数相等，所以平衡时各组分的物质的量是原来的2倍．

解答 解：（1）①在高温下能自发进行，根据△G=△H-T△S＜0，而该反应中△H＞0，所以△S＞0，故答案为：△S＞0；
②A．在一个容积可变的密闭容器，容器中的压强始终不变，故A错误；
B．1mol H-H 键断裂等效于生成2mol H-O 键同时断裂2mol H-O 键，正逆反应速率相等，故B正确；
C．V （CO）=V （H₂）只要反应发生就符合V （CO）=V （H₂），故C错误；
D．密闭容器的容积不再改变，说明气体的物质的量不变，达平衡状态，故D正确；
E．消耗1mol 水的同时生成1mol H₂，都反应的是正反应方向，故E错误；
F．容器的密度不变，说明气体的摩尔质量不变，反应达平衡状态，故F正确；
故答案为：BDF；
③平衡常数是生成物的浓度幂与反应物浓度幂之积的比，平衡常数的表达式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）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$\frac{（0.01-x）^{2}}{{x}^{2}}$=$\frac{4}{9}$，
x=0.006，则平衡时甲中的H₂的转化率均是$\frac{0.006}{0.01}$×100%=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错误；
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正确；
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：B；
（3）A．升高温度，平衡逆向移动，能使c（CH₃OH）减小，故A正确；
B．充入He（g），使体系压强增大，但各组分的浓度不变，平衡不移动，故B错误；
C．将H₂O（g）从体系中分离出来，平衡正向移动，故C错误；
D．再充入1mol CO₂ 和3mol H₂，两边的气体计量数相等，所以平衡时各组分的物质的量是原来的2倍，所以浓度不变，故D错误；
故答案为：A．

点评 本题考查化学平衡的计算，为高频考点，把握K的意义、化学平衡移动为解答的关键，侧重分析与应用能力的考查，注意平衡常数表达式中不能出现固体，题目难度不大．