Question

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）△H=+131.3kJ?mol^-1．
①该反应在常温下

 

自发进行（填“能”或“不能”）；
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．1mol H-H键断裂的同时，断裂2mol 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2L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中以v（CO₂）表示的反应速率为

 

（取小数点后两位，下同）；
②该反应为

 

（填“吸”或“放”）热反应，实验2条件下平衡常数K=

 

；
③若实验3达平衡时与实验2平衡状态中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的代数式表示）．

Answer 1

考点：化学平衡状态的判断,反应速率的定量表示方法,化学平衡建立的过程,等效平衡

专题：化学平衡专题

分析：（1）①依据△G=△H-T△S＜0时反应能够自发进行判断；
②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由表中数据可知，CO的物质的量变化量为4mol-2.4mol=1.6mol，根据v=

△n V

△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）；
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；利用三段式计算平衡时，各组分的物质的量，该反应是气体体积不变的反应，故利用物质的量代替浓度代入平衡常数表达式计算平衡常数；
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．

解答： 解：（1）①该反应△H＞0，△S＞0，若使△G=△H-T△S＜0，必须在高温下，所以常温下反应不能自发进行，故答案为：不能；
②a．反应前后气体的物质的量不发生变化，容器中始终压强不变，不能说明反应到达平衡，故a错误；
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b正确；
c．c（CO）=c（H₂），与加入反应物多少有关，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c错误；
d．反应前后前提条件不同，体积不变说明正逆反应速率相等，各组分浓度不变，反应达到平衡状态，故d正确；
故选：bd；
（2）①由表中数据可知，CO的物质的量变化量为4mol-2.4mol=1.6mol，v（CO）=

△n V

△t

=

1.6mol 2L

6min

=

2

15

mol/（L?min），速率之比等于化学计量数之比，故v（CO₂）=v（CO）=

2

15

mol/（L?min）=0.13mol/（L?min），
故答案为：0.13mol/（L?min）；
②实验1中CO的转化率为×100%=40%，实验2中CO的转化率为×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，
平衡时CO的物质的量为1.6mol，则：
            CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），
开始（mol）：2       1        0        0
变化（mol）：0.4     0.4      0.4      0.4
平衡（mol）：1.6     0.6      0.4      0.4
该反应前后气体体积不变，故利用物质的量代替浓度计算平衡常数，故900℃时该反应平衡常数k=

0.4×0.4

1.6×0.6

=0.17，
故答案为：放；0.17；
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．

点评：本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．