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）已知：C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO（g）△H=-111kJ•mol^-1  2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-484kJ•mol^-1．请写出水蒸气通过红热的碳产生水煤气的热化学方程式C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）△H=+131kJ•mol^-1．一定温度下，在一个容积固定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abce（填字母编号）．
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_正（CO）=v_逆（H₂O）   d．c（CO）=c（H₂）     e．容器中混合气体的密度不再改变
（2）将不同物质的量的CO（g）和H₂O（g）分别通入体积为2L的恒容密闭容器中，进行反应CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），得到如表中所示的三组数据：

实验组	温度/℃	起始量/mol		平衡量/mol		达到平衡所需时间/mi n
		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0.16mol•（L•min）^-1．
②该反应的逆反应为吸（填“吸”或“放”）热反应．
③若实验3要达到与实验2相同的平衡状态（即各物质的质量分数分别相等），则a、b应满足的关系是b=2a，且a＞1（用含a、b的代数式表示）．
（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1表示该反应过程中能量的变化．

①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CH₃OH的体积分数增大的是cde（填字母编号）．
a．升高温度   b．充入He（g）    c．将H₂O（g）从体系中分离出来   d．再充入1mol CO₂和3mol H₂
e．将该密闭容器改为恒压密闭容器
②容器中反应的逆反应速率随时间变化的关系如图2．t₂时改变了某一种条件，改变的条件可能是升高温度．（任写一点）

Answer 1

分析 （1）已知：
①C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO（g）△H=-111kJ•mol^-1；
②2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-484kJ•mol^-1；
根据盖斯定律①-$\frac{1}{2}$②可得；反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，平衡时各种物质的物质的量、浓度、含量等不再发生变化，以及由此衍生的其它量不变，可由此进行判断；
（2）①根据v=$\frac{△c}{△t}$计算计算v（CO），再利用速率之比等于化学计量数之比计算v（CO₂）；
②第二组温度比第一组高，反应物物质的量比第一组减半，但是平衡时CO₂的物质的量比第一组的一半少，表明该反应为放热反应；
③使实验3达到平衡状态时各物质的体积分数与实验2分别相等，为等效平衡，该反应为反应前后气体的体积不发生变化，满足n（H₂O）：n（CO）=1：2即可；
（3）①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；
②图示中t₂时的逆反应速率加快，根据及影响化学反应速率的因素判断改变的条件．

解答 解：（1）①C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO（g）△H=-111kJ•mol^-1；
②2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-484kJ•mol^-1；
根据盖斯定律①-$\frac{1}{2}$×②得：C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）△H=+131kJ•mol^-1；
a．反应前后气体的物质的量发生变化，随反应进行气体的物质的量增加，压强增大，容器中的压强不变，说明反应到达平衡，故正确；
b．l molH-H键断裂的同时断裂2mol H-O键，断裂2mol H-O键同时生成l molH-H键，说明反应到达平衡，故正确；
c．根据反应可知，自始至终v_正（CO）=v_正（H₂O），若v_正（CO）=v_逆（H₂O），则v_正（H₂O）=v_逆（H₂O），说明反应到达平衡，故正确；
d．根据反应可知，自始至终c（CO）=c（H₂），不能说明反应到达平衡，故错误；
e．容器的容积不变，随反应进行容器内气体的质量增加，所以随反应进行密度增大，容器中气体的密度不变，说明反应到达平衡，故正确；
故答案为：C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）△H=+131kJ•mol^-1；abce；
（2）①v（CO）=$\frac{（4mol-2.4mol）÷2L}{5min}$=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，
故答案为：0.16mol•（L•min）^-1；
②实验1中CO的转化率为$\frac{4-2.4}{4}$×100%=40%，实验2中CO的转化率为$\frac{2-1.6}{2}$×100%=20%，则实验1的转化率大于实验2，则说明温度升高平衡向逆反应方向移动，正反应放热；
故答案为：吸热；
③使实验3达到平衡状态时各物质的体积分数与实验2分别相等，为等效平衡，该反应为反应前后气体的体积不发生变化，满足n（H₂O）：n（CO）=1：2即可，即b=2a，且a＞1，；
故答案为：b=2a，且a＞1；
（3）①a．根据图象知，该反应的正反应是放热反应，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；
e．将该密闭容器改为恒压密闭容器，反应是个体积减小的反应，则相对于恒容为加压，正方向移动，c（CH₃OH）增大，故e正确；
故答案为：cde；
②根据图象知，t₂时，逆反应速率突然增大，原因可能是使用了催化剂、升高了温度、增大了压强、增大了生成物的浓度，而后逆反应速率减小，平衡逆向移动，则只能是t₂时增大了生成物的浓度或升高了温度，
故答案为：升高温度（增大生成物CH₃OH的浓度）．

点评 题考查了反应自发进行的条件、平衡状态的判断、化学反应速率的求算、化学平衡常数的求算、据K随温度的变化判断反应吸热还是放热、等效平衡，题目有一定难度．