Question

3．合成氨需要的原料气氢气主要来自水煤气，水煤气的主要成分：CO、H₂、CO₂，其中一种制取方法是用炽热的炭和水蒸气反应制得．
C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）△H=+131.3kJ/mol
（1）该反应的K值表达式为$\frac{c（CO）•c（{H}_{2}）}{c（{H}_{2}O）}$．
（2）体积不变的条件下，下列措施中有利于提高CO产率的是AB（填字母）．
A．升高温度            B．降低压强             C．增加C用量             D．通入H2
（3）某温度下，四种容器中均进行着上述反应，各容器中炭足量，其它物质的物质的量浓度及正逆反应速率关系如表所示．请填写表中相应的空格①和②．

容器编号	c（H2O）/mol/L	c（CO）/mol/L	c（H2）/mol/L	V正、V逆比较
Ⅰ	0.06	0.60	0.10	V正=V逆
Ⅱ	0.06	0.50	0.40	①
Ⅲ	0.12	0.40	0.80	V正＜V逆
Ⅳ	0.12	0.30	②	V正=V逆

（4）另有一个容积可变的密闭容器．恒温恒压下，向其中加入1.0mol炭和1.0mol水蒸气（H₂¹⁶O），发生上述反应，达到平衡时，容器的体积变为原来的1.25倍．平衡时水蒸气的转化率为25%；向该容器中补充amol炭，水蒸气的转化率将不变（填“增大”、“减小”、“不变”），再补充amol水蒸气（H₂¹⁸O），最终容器中C¹⁶O和C¹⁸O的物质的量之比为1：a．
（5）已知：C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO（g）；△H=-110.5kJ/mol
CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）；△H=-283.0kJ/mol
H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（g）；△H=-241.8kJ/mol
那么，将2.4g炭完全转化为水蒸气，然后再燃烧，整个过程△H=-78.7kJ/mol．

Answer 1

分析 （1）平衡常数为生成物、反应物浓度幂之积的比值，结合方程式列式；
（2）提高CO产率，应使平衡正向移动；
（3）由反应Ⅰ达到平衡状态，可求出反应的平衡常数，根据平衡常数计算并判断反应的进行方向；
（4）根据反应方程式利用三段式法计算，转化的水蒸汽为x，根据体积之比等于物质的量之比计算；
（5）根据2.4gC与水反应生成的CO和H₂的物质的量，利用热化学方程式计算．

解答 解：（1）反应C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）中，C为固体，则K=$\frac{c（CO）•c（{H}_{2}）}{c（{H}_{2}O）}$，故答案为：$\frac{c（CO）•c（{H}_{2}）}{c（{H}_{2}O）}$；
（2）A．正反应为吸热反应，则升高温度，平衡正向移动，CO的产率增大，故A正确；            
B．降低压强，平衡正向移动，CO的产率增大，故B正确；
C．增加固体的用量平衡不移动，故C错误；
D．通入H₂平衡逆向移动，故D错误．
故答案为：AB；
（3）由反应Ⅰ达到平衡状态可知，反应的平衡常数K=$\frac{0.1×0.60}{0.06}$=1，
反应Ⅱ中Qc=$\frac{0.4×0.5}{0.06}$=3.33＞1，则反应向逆反应方向移动，即V_正＜V_逆，
反应Ⅳ中V_正=V_逆，说明反应达平衡状态，则有$\frac{0.3×c（{H}_{2}）}{0.12}=1$，c（H₂）=0.4mol/L，
故答案为：①V正＜V逆；②0.40；
（4）根据反应方程式利用三段式法计算，转化的水蒸汽为x，根据体积之比等于物质的量之比计算，
      C （s）+H₂¹⁶O（g） C¹⁶O （g）+H₂ （g）
起始：1mol               0                   0
转化：x                     x                        x
平衡：1-x                 x                       x       
  则有：$\frac{（1-x）+x+x}{1}=1.25$，x=0.25mol，所以转化率为$\frac{0.25}{1}×\;100%$=25%，
增加固体的对反应速率和化学平衡都没有影响，水蒸气的转化率不变，
恒温恒压下，再补充 a mol 水蒸气 （H₂¹⁸O），平衡状态不变，为等效平衡，水的转化率相等，则有生成的C¹⁸O 的物质的量为a×25%=0.25a，
所以达平衡时C¹⁶O和C¹⁸O 的物质的量之比为0.25：0.25a=1：a，
故答案为：25%；不变；1：a；
（5）n（C）=$\frac{2.4g}{12g/mol}$=0.2mol，与水反应生成0.2molCO和0.2molH₂，反应吸收的热量为0.2mol×131.3KJ/mol=26.26KJ，
0.2molCO完全燃烧放出的热量为0.2mol×283KJ/mol=56.6KJ，
0.2molH₂完全燃烧放出的热量为0.2mol×241.8KJ/mol=48.36KJ，
所以将2.4g 炭完全转化为水煤气，然后再燃烧，整个过程放出的热量为56.6KJ+48.36KJ-26.26KJ=78.7KJ，
整个过程△H=-78.7kJ•mol^-1，
故答案为：-78.7．

点评 本题考查化学平衡的有关计算，为高频考点，侧重于学生的分析能力和计算能力的考查，本题难度不大，做题时注意平衡常数的计算和应用．