Question

4．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该反应能否自发进行与温度 有关．
（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），得到如表三组数

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	CO2
1	650	2	4	1.6	2.4	5
2	900	1	2	0.4	1.6	3

①实验2中以υ（CO₂） 表示的平均反应速率为0.16mol•（L•min）^-1．900℃是该反应的平衡常数0.17．
②该反应为吸热（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），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）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）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）；一氧化碳的转化率为$\frac{一氧化碳的变化量}{一氧化碳的起始量}×100%$：根据三行式计算平衡时各组的物质的量浓度，然后代入平衡常数表达式求解；
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；
（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，
             CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），
c（初）：1             0.5          0              0
c（变）：0.2            0.2          0.2            0.2
c（平）：0.8           0.3           0.2            0.2
K=$\frac{C（C{O}_{2}）C（{H}_{2}）}{C（CO）C（{H}_{2}O）}$=$\frac{0.2×0.2}{0.8×0.3}$=0.17
故答案为：0.16mol•（L•min）^-1；0.17；
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．