Question

9．水煤气 （主要成分：CO、H₂ ） 是重要燃料和化工原料，可用水蒸气通过炽热的炭层制得：
C （s）+H₂O（g）?CO （g）+H₂ （g）；△H=+131.3kJ•mol^-1
（1）某温度下，四个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下表所示．请填写表中相应的空格．

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

（2）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 1.0mo l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 a mol 炭，水蒸气的转化率将不变（填“增大”、“减小”、“不变”），再补充 a mol 水蒸气 （H₂¹⁸O），最终容器中C¹⁶O和C¹⁸O 的物质的量之比为1：a．
（3）己知：C （s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO （g）；△H=-110.5kJ•mo1^-1
 CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂ （g）；△H=-283.0kJ•mo1^-1
 H₂ （g）+$\frac{1}{2}$O₂ （g）═H₂O （g）；△H=-241.8kJ•mo1^-1
那么，将2.4g 炭完全转化为水煤气，然后再燃烧，整个过程△H=-78.7kJ•mo1^-1．

Answer 1

分析 （1）I处于平衡状态，根据K=$\frac{c（CO）×c（{H}_{2}）}{c（{H}_{2}O）}$计算平衡常数，再计算Ⅱ中浓度商Qc，若Qc=K，处于平衡状态，若Qc＞K，反应向逆反应方向进行，若Qc＜K，反应向正反应方向进行；
Ⅳ也处于平衡状态，根据平衡常数计算氢气的浓度；
（2）恒温恒压下，向其中加入1.0mol炭和 1.0mo l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，平衡时混合气体总物质的量为1mol×1.25=1.25mol，由方程式可知消耗1mol水蒸气混合气体物质的量增大1mol，故反应的水蒸气为1.25mol-1mol=0.25mol，进而计算平衡时水蒸气的转化率；
向该容器中补充 a mol 炭，平衡不移动，水蒸气的转化率不变，再补充 a mol 水蒸气 （H₂¹⁸O），恒温恒压下，与原平衡为等效平衡，平衡时水蒸气转化率相同，根据水的转化率计算生成CO物质的量；
（3）计算2.4gC与水反应生成的CO和H₂的物质的量，根据热化学方程式，计算2.4gC生成水煤气吸收的热量，CO、氢气燃烧放出的热量，进而计算整个过程放出的热量，可得整个过程的焓变．

解答 解：（1）Ⅰ达到平衡状态，平衡常数K=$\frac{c（CO）×c（{H}_{2}）}{c（{H}_{2}O）}$=$\frac{0.6×0.1}{0.06}$=1，
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，解得c（H₂）=0.4mol/L，
故答案为：容器Ⅱ：＞；容器Ⅳ：0.4；
（2）恒温恒压下，向其中加入1.0mol炭和 1.0mo l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，平衡时混合气体总物质的量为1mol×1.25=1.25mol，由方程式可知消耗1mol水蒸气混合气体物质的量增大1mol，故反应的水蒸气为1.25mol-1mol=0.25mol，平衡时水蒸气的转化率为$\frac{0.25mol}{1mol}$×100%=25%；
增加固体碳，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，原平衡时生成的C¹⁶O为0.25mol，则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；
（3）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，
故整个过程△H=-78.7kJ•mol^-1，
故答案为：-78.7．

点评 本题考查化学平衡计算与影响因素、平衡常数应用、反应热计算等，难度中等．