Question

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）在煤的气化反应器中发生如下几种反应：
C（s）十H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H=+131kJ/mol
C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-394kJ/mol
CO（g）+

1

2

O₂（g）=CO₂（g）△H=-283kJ/mol
则CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）△H=

 

（2）已知830℃时，在一个容积固定的密闭容器中，发生反应CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）下列能判断该反应达到化学平衡状态的是

 

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）
此温度下该反应的K=1，等物质的量的CO和H₂O反应达平衡时，CO的转化率为

 

（3）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）?H₂（g）+CO₂（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	CO2
1	650	2	4	1.6	1.6	5
2	900	1	2	0.4	0.4	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），且t＜3min，则a、b应满足的关系是

 

（用含a、b的数学式表示）．
（4）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：
3H₂（g）+CO₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），如图1，表示该反应进行过程中能量（单位为kJ/mol）的变化．

①在体积为1L的恒容密闭容器中，充入1molCO₂和3molH₂，
下列措施中能使c（CH₃OH）增大的是

 

（填字母）
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3molH₂
②当反应达到平衡时不断改变条件（但不改变各组分物质的量和状态且只改变一个条件）反应速率随时间的变化．如图2：其中表示平衡混合物中CH₃OH含量最高的一段时间是

 

；如t₀～t₁平衡常数为K₁，
t₂～t₃平衡常数为K₂，则K₁

 

K₂（填＞、=、＜）．

Answer 1

考点：化学平衡的影响因素,热化学方程式,化学反应速率变化曲线及其应用

专题：化学平衡专题

分析：（1）根据盖斯定律计算焓变；
（2）当可逆反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，反应体系中各物质的质量、物质的量浓度及其百分含量不变；
根据化学平衡常数计算CO的转化率；
（3）①根据v（CO₂）=

△n V

△t

计算二氧化碳平均反应速率；   
②因为压强不影响平衡移动，如果实验1、2转化率相等，则实验2达到平衡状态时氢气的物质的量应该是实验1的一半为0.8mol，实际上是0.4mol，说明升高温度平衡向逆反应方向移动，据此判断其反应热；
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），且t＜3min，说明实验3反应速率大于实验2，压强不影响平衡移动，则实验3中a、b的物质的量之比等于实验2中水正确和CO的物质的量之比，或使用催化剂；
（4）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根据图象知，t₁时刻，正逆反应速率都增大且可逆反应向逆反应方向移动，改变的条件是升高温度；t₃时刻，正逆反应速率都增大且相等，改变的条件是加入催化剂；t₄时刻正逆反应速率都减小，且平衡向逆反应方向移动，改变的条件是减小压强，据此分析解答．

解答： 解：（1）C（s）十H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H=+131kJ/mol①
C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-394kJ/mol ②
CO（g）+

1

2

O₂（g）=CO₂（g）△H=-283kJ/mol ③
将方程式2③-②+①得CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）△H=2×（-283kJ/mol）-（-394kJ/mol）+（+131kJ/mol）=-41 kJ/mol，
故答案为：-41 kJ/mol；
（2）a．无论该反应是否达到平衡状态，容器中的压强始终不变，所以压强不能作为判断依据，故错误；     
b．1mol H-H键断裂的同时断裂2mol H-O键，正逆反应速率相等，所以该反应达到平衡状态，故正确；
c． V_正（CO）=V_逆 （H₂O）时，正逆反应速率相等，所以该反应达到平衡状态，故正确；    
d．c（CO）=c（H₂）时该反应不一定达到平衡状态，与反应初始浓度、转化率有关，所以不能据此判断平衡状态，故错误；
故选bc；
该温度下该反应的K=1，设等物质的量的CO和H₂O的物质的量都是1mol，反应达平衡时，设CO的转化率为x，
   CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）
开始1mol 1mol     0     0
反应xmol xmol     xmol  xmol
平衡（1-x）mol （1-x）mol xmol xmol
化学平衡常数K=

x．x

(1-x)2

=1，x=0.5=50%，
故答案为：bc；50%；
（3）①v（CO₂）=

△n V

△t

=

1.6mol-0 2L

5min

=0.16 mol/（L．min），故答案为：0.16 mol/（L．min）；   
②因为压强不影响平衡移动，如果实验1、2转化率相等，则实验2达到平衡状态时氢气的物质的量应该是实验1的一半为0.8mol，实际上是0.4mol，说明升高温度平衡向逆反应方向移动，则逆反应是吸热反应，故答案为：吸；
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），且t＜3min，说明实验3反应速率大于实验2，压强不影响平衡移动，则实验3中a、b的物质的量之比等于实验2中水正确和CO的物质的量之比=1：2，即b=2a，或使用催化剂也能实现目的，
故答案为：b=2a且a＞l（或使用合适的催化剂）；
（4）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，
a．升高温度，平衡向逆反应方向移动，则c（CH₃OH）减小，故错误；
b．充入He（g），使体系压强增大，但反应物、生成物浓度不变，平衡不移动，c（CH₃OH）不变，故错误；
c．将H₂O（g）从体系中分离出来，平衡向正反应方向移动，c（CH₃OH）增大，故正确；
d．再充入1mol CO₂和3molH₂，平衡向正反应方向移动，c（CH₃OH）增大，故正确；
故选cd；
②根据图象知，t₁时刻，正逆反应速率都增大且可逆反应向逆反应方向移动，改变的条件是升高温度；t₃时刻，正逆反应速率都增大且相等，改变的条件是加入催化剂；t₄时刻正逆反应速率都减小，且平衡向逆反应方向移动，改变的条件是减小压强，所以平衡混合物中CH₃OH含量最高的一段时间是t₀～t₁；如t₀～t₁平衡常数为K₁，t₂～t₃平衡常数为K₂，且t₀～t₁温度小于t₂～t₃温度，所以K₁大于K₂，故答案为：t₀～t₁；大于．

点评：本题考查化学平衡的计算、热化学反应等知识点，侧重考查学生运用知识解答问题能力，难点是图象分析，知道外界条件改变对反应速率的影响，会正确判断平衡移动方向，注意：只有反应前后改变的物理量才能作为判断平衡状态的依据，难度中等．