Question

12．合成氨工业上常用下列方法制备H₂：
方法①：C（s）+2H₂O（g）?CO₂（g）+2H₂（g）
方法②：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
（1）已知①C（石墨）+O₂（g）═CO₂（g）△H=-394kJ•mol^-1
②2C（石墨）+O₂（g）═2CO（g）△H=-222kJ•mol^-1
③2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-484kJ•mol^-1
试计算25℃时由方法②制备1000gH₂所放出的能量为20500kJ．
（2）在一定的条件下，将C（s）和H₂O（g）分别加入甲、乙两个密闭容器，发生反应：C（s）+2H₂O（g）?CO₂（g）+2H₂（g）其相关数据如表所示：

容器	容积/L	温度/℃	起始量/mol		平衡量/mol	达到平衡所需时间/min
			C（s）	H2O（g）	H2（g）
甲	2	T1	2	4	3.2	2.5
乙	1	T2	1	2	1.2	3

①T₁＞T₂（填“＞”、“=”或“＜”）；T₁℃时，该反应的平衡常数K=12.8．
②乙容器中，当反应进行到1.5min时，H₂O（g）的物质的量浓度范围是大于0.8mol/L，小于1.4mol/L．
③在密闭恒容的容器中，能表示上述反应达到化学平衡状态的是BD．
A．V_逆（CO₂）=2V_正（H₂）
B．混合气体的密度保持不变
C．c（H₂O）：c（CO₂）：c（H₂）=2：1：2
D．混合气体的平均摩尔质量保持不变
④某同学为了研究反应条件对化学平衡的影响，测得逆反应速率与时间的关系如图所示：
在t₁、t₃、t₅、t₇时反应都达了到平衡状态，如果t₂、t₄、t₆、t₈时都只改变了一个反应条件，则t₆时刻改变的条件是通入H₂O，从t₁到t₈哪个时间段H₂O（g）的平衡转化率最低t₇-t₈．

Answer 1

分析 （1）已知①C（石墨）+O₂（g）═CO₂（g）△H=-394kJ•mol^-1
②2C（石墨）+O₂（g）═2CO（g）△H=-222kJ•mol^-1
③2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-484kJ•mol^-1
根据盖斯定律，①-$\frac{1}{2}$×②-$\frac{1}{2}$×③可得CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）的△H，进而计算制备1000gH₂所放出的能量；
（2）①由热化学方程式：①C（石墨）+O₂（g）═CO₂（g）△H=-394kJ•mol^-1
③2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-484kJ•mol^-1
根据盖斯定律，①-②可得：C（s）+2H₂O（g）?CO₂（g）+2H₂（g）△H=+90kJ•mol^-1，
甲、乙中起始水蒸气的浓度相等，若温度相同时平衡时氢气的浓度相等，而甲中平衡时氢气浓度大于乙中的，可以判断甲相当于在乙平衡的基础上改变温度使平衡正向移动；
计算平衡时各组分物质的量浓度，代入K=$\frac{c（C{O}_{2}）×{c}^{2}（{H}_{2}）}{{c}^{2}（{H}_{2}O）}$计算平衡常数；
②前1.5min时氢气物质的量减小量小于平衡时的减小量，而前1.5min的反应速率大于后1.5min的反应速率；
③可逆反应得到平衡时，同种物质的正、逆反应速率相等（不同物质的正、逆速率之比等于其化学计量数之比），各组分的含量、浓度保持不变，判断平衡的物理量由变化到不再变化，说明反应到达平衡；
④t₂时刻，瞬间v_逆增大，而后减小至不变，平衡逆向移动，可能是增大压强（或者增大生成物的浓度）；
t₄时刻，瞬间v_逆减小，而后继续减小至不变，平衡逆向移动，应是降低温度；
t₆时刻，瞬间v_逆不变，而后增大至不变，平衡正向移动，可能增大水蒸气浓度；
t₈时刻，瞬间v_逆增大，平衡不移动，应是使用催化剂．

解答 解：（1）已知①C（石墨）+O₂（g）═CO₂（g）△H=-394kJ•mol^-1
②2C（石墨）+O₂（g）═2CO（g）△H=-222kJ•mol^-1
③2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-484kJ•mol^-1
根据盖斯定律，①-$\frac{1}{2}$×②-$\frac{1}{2}$×③可得CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-394kJ•mol^-1-$\frac{1}{2}$×（-222kJ•mol^-1）-$\frac{1}{2}$×（-484kJ•mol^-1）=-41kJ•mol^-1，
则制备1000gH₂所放出的能量为$\frac{1000g}{2g/mol}$×41kJ•mol^-1=20500kJ，
故答案为：20500；
（2）①由热化学方程式：①C（石墨）+O₂（g）═CO₂（g）△H=-394kJ•mol^-1
③2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-484kJ•mol^-1
根据盖斯定律，①-②可得：C（s）+2H₂O（g）?CO₂（g）+2H₂（g）△H=90kJ•mol^-1，
甲、乙中起始水蒸气的浓度相等，若温度相同时平衡时氢气的浓度相等，而甲中平衡时氢气浓度大于乙中的，可以判断甲相当于在乙平衡的基础上改变温度使平衡正向移动，该反应的正反应是吸热反应，升高温度平衡正向移动，所以温度T₁＞T₂；
C（s）+2H₂O（g）?CO₂（g）+2H₂（g）
开始（mol/L）2            0             0
反应（mol/L）1.6          0.8          1.6
平衡（mol/L）0.4         0.8           1.6
K=$\frac{c（C{O}_{2}）×{c}^{2}（{H}_{2}）}{{c}^{2}（{H}_{2}O）}$=$\frac{0.8×1．{6}^{2}}{0．{4}^{2}}$=12.8，
故答案为：＞；12.8；
②前1.5min时氢气物质的量减小量小于平衡时的减小量，1.5min时氢气的物质的量大于2mol-1.2mol=0.8mol，即1.5min时氢气浓度大于0.8mol/L，前1.5min的反应速率大于后1.5min的反应速率，前1.5min氢气的减少量应大于1.2mol÷2=0.6mol，所以氢气的物质的量应该小于2mol-0.6mol=1.4mol，即浓度小于1.4mol/L，
故答案为：大于0.8mol/L，小于1.4mol/L；
③A．2V_逆（CO₂）=V_正（H₂）时反应达到平衡状态，所以V_逆（CO₂）=2V_正（H₂）该反应没有达到平衡状态，故错误；
B．反应前后气体质量增加、容器体积不变，则反应前后混合气体的密度增大，当容器内气体密度不变时正逆反应速率相等，反应达到平衡状态，故正确；
C．c（H₂O）：c（CO₂）：c（H₂）=2：1：2时该反应不一定达到平衡状态，与反应物初始浓度及转化率有关，故错误；
D．反应前后气体质量增加、气体物质的量增加，所以混合气体平均摩尔质量改变，当混合气体的平均摩尔质量保持不变时，正逆反应速率相等，反应达到平衡状态，故正确；
故选BD；
④t₄时刻，瞬间v_逆减小，而后继续减小至不变，平衡逆向移动，应是降低温度；
t₆时刻，瞬间v_逆不变，而后增大至不变，平衡正向移动，可能增大水蒸气浓度；
t₈时刻，瞬间v_逆增大，平衡不移动，应是使用催化剂；
t₂时刻，瞬间v_逆增大，而后减小至不变，平衡逆向移动，可能是增大压强（或者增大生成物的浓度），所以t₆时刻改变的条件是通入H₂O，从t₁到t₈时间段H₂O（g）的平衡转化率最低的是平衡逆向移动最大时，为 t₇-t₈，
故答案为：通入H₂O； t₇-t₈．

点评 本题考查化学平衡计算、外界条件对化学平衡移动影响、盖斯定律等知识点，侧重考查学生分析、判断及计算能力，明确化学平衡状态判断依据、化学平衡计算方法是解本题关键，难点是（2）①中等效平衡的建立，题目难点中等．