Question

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炭即可产生水煤气。反应为：C(s)+H₂O(g)CO(g)+H₂ (g)  △H = + 131.3 kJ • mol^﹣1， △S = +133.7 J∙K^﹣1•mol^﹣1

①该反应能否自发进行与___________有关。

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)。

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.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)+H₂OCO₂(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	5
2	900	1	2	0.4	1.6	3
3	900	a	b	c	d	t

①实验1中以v(CO₂)表示的反应速率为__________。

②该反应的逆反应为__________(填”吸”或”放”)热反应。

③若使实验3达到与实验2相同的平衡状态(即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______________(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)，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 ，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

Answer 1

【答案】(1)①温度      ②bc   (2)①0.16 mol • L^﹣1 • min^﹣1   ②吸  ③b=2a且a＞1(或使用合适的催化剂) (3)cd

【解析】(1)一个反应能否自发进行，可以根据△H-T△S的数值大小来判断，反应是否达到平衡，判断的标志是v(正)=v(逆)， 或间接判断v(正)=v(逆)，该反应为压强前后不变的反应，不能根据压强来判断反应是否达到平衡，H—H键断裂和H—O 键断裂分别为v(正)和v(逆)，且相等，同理v_正(CO)= v_逆(H₂O)也可判断v(正)和v(逆)，可以作为反应达到平衡的标志。(2)实验2物质的起始量为实验1的一半，若不改变温度，达到平衡后，实验2中物质的平衡量应该也为实验1的一半，升高温度，物质的平衡量小于实验1的一半，说明反应向逆向进行，逆反应为吸热反应。要使实验3达到与实验2相同的平衡状态(即各物质的质量分数分别相等)，两者为等效平衡状态，则起始物质的物质的量之比相等，即b=2a，达到平衡所需时间t＜3min，首先考虑使用催化剂，再就是增大起始物质的物质的量，即增大反应物的浓度，加快反应速率。(3)从反应能量图可知，该反应的正反应为放热反应，升髙温度，平衡向逆向进行，c(CH₃OH)减小；充入He(g)，使体系压强增大，但反应体系的各物质分压不变，对平衡无影响；将H₂O(g)从体系中分离出来，平衡正向移动，c(CH₃OH)增大；再充入1 mol CO₂和3 mol H₂ ，达到平衡后c(CH₃OH)要大于原先的2倍。