题目内容

【题目】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炭即可产生水煤气。反应为C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) ΔH=+131.3 kJ·mol-1。

①该反应在常温下_______(填“能”或“不能”)自发进行。

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.1 mol H—H键断裂的同时,断裂2 mol H—O键

c.c(CO)=c(H2)

d.密闭容器的容积不再改变

(2)将不同量的CO(g)和H2O(g)分别通入体积为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

6

2

900

1

2

0.4

1.6

3

3

900

a

b

c

d

t

①实验1中从反应开始至平衡以CO2表示的平均反应速率为v(CO2)=________(取小数点后两位,下同)。

②该反应的正反应为________(填“吸”或“放”)热反应,实验2条件下平衡常数K=________。

(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1 L的恒容密闭容器中,充入1 mol CO2和3 mol H2,达到平衡后下列措施中能使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1 mol CO2和3 mol H2

【答案】 不能 bd 0.13 mol·L-1·min-1 放 0.17 c d

【解析】试题分析:本题考查化学反应自发性的判断,化学平衡的标志,化学反应速率和化学平衡常数的计算,外界条件对化学平衡的影响。

(1)①该反应的ΔH0,ΔS0,在常温下ΔG=ΔH-TΔS0,该反应在常温下不能自发进行。

②a,该容器容积可变,在建立平衡过程中容器内压强始终不变,容器中的压强不变不能说明反应达到平衡状态;b,1molH-H键断裂的同时,断裂2molH-O键,表示正逆反应速率相等,能说明反应达到平衡状态;c,根据转化之比等于化学计量数之比,c(CO)与c(H2)始终相等,c(CO)=c(H2)不能说明反应达到平衡状态;d,该反应的正反应为气体分子数增大的反应,建立平衡过程中气体分子物质的量增大,在容积可变容器中容器的容积增大,平衡时气体分子物质的量不变,容器的容积不变,容器的容积不再改变能说明反应达到平衡状态;能说明反应达到平衡状态的是bd,答案选bd。

(2)①实验1中从反应开始至平衡υ(CO)=(4mol-2.4mol)2L6min=0.13mol/(L·min),则υ(CO2)=υ(CO)=0.13mol/(L·min)。

②该反应反应前后气体分子数不变,根据等效平衡的规律,650℃起始向容器中充入1molH2O(g)和2molCO(起始物质的量为实验1的一半),达到平衡时H2物质的量为0.8mol、CO物质的量为1.2mol(平衡物质的量为实验1的一半);实验2为900℃起始向容器中充入1molH2O(g)和2molCO,达到平衡时H2物质的量为0.4mol、CO物质的量为1.6mol,说明升高温度平衡向逆反应方向移动,该反应的逆反应为吸热反应,正反应为放热反应。实验2条件下用三段式

CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)

c(起始)(mol/L) 1 0.5 0 0

c(转化)(mol/L) 0.2 0.2 0.2 0.2

c(平衡)(mol/L) 0.8 0.3 0.2 0.2

平衡常数K===0.17。

(3)a,由于反应物的总能量大于生成物的总能量,该反应的正反应为放热反应,升高温度,平衡向逆反应方向移动,c(CH3OH)减小;b,充入He(g),由于各物质的浓度不变,平衡不发生移动,c(CH3OH)不变;c,将H2O(g)从体系中分离出来,减小生成物浓度,平衡向正反应方向移动,c(CH3OH)增大;d,再充入1molCO2和3molH2,增大反应物浓度,平衡向正反应方向移动,c(CH3OH)增大;能使c(CH3OH)增大的是cd,答案选cd。

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