Question

16．煤化工中两个重要反应为①C（s）+H₂O（g）?H₂（g）+CO（g）
△H=+131.3kJ•mol^-1，②CO（g）+H₂O（g）$?_{△}^{催化剂}$CO₂（g）+H₂（g）．
（1）下列说法正确的是A．
A．当反应①的容器中混合气体的密度不再变化时反应达到最大限度
B．反应②的熵变△S＞0
C．反应①中增加C固体的量能增大反应速率
D．在反应②中及时分离出产生的H₂对正反应速率无影响
（2）若工业上要增加反应①的速率，最经济的措施为粉碎煤炭、增加H₂O（g）的浓度、使用合适的催化剂．
（3）现将不同量的CO（g）和H₂O（g）分别通入2L恒容密闭容器中进行反应，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
		CO	H2O	H2	CO2
Ⅰ	650	4	2	1.6	1.6	5
Ⅱ	900	2	1	0.5	0.5	3
Ⅲ	900	a	b	c	d	t

①实验Ⅰ中，从反应开始到反应达到平衡时，H₂O（g）的平均反应速率为0.16mol•L^-1•min^-1．
②CO（g）和H₂O（g）反应的△H小于0（填“大于”“小于”或“等于”）．
③实验Ⅲ中，若平衡时，CO的转化率大于水蒸气，则a、b必须满足的关系是a＜b，与实验Ⅱ相比，化学平衡常数不变（填“增大”“减小”或“不变”）．
④若在900℃时，实验Ⅱ反应达到平衡后，向此容器中再加入1mol CO、0.5mol H₂O、0.2mol _CO2、0.5mol H2，平衡正反应方向移动（填“向正反应方向移动”“向逆反应方向移动”“不移动”）．
（4）CO、H₂可用于生产甲醇和甲醚，其反应为（m、n均大于0）：
反应①：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-mkJ•mol^-1
反应②：2CO（g）+4H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-nkJ•mol^-1
反应③：2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H＜0
则m与n的关系为n＞2m．

Answer 1

分析 （1）A、反应①中有固体参与反应，反应进行的过程中，混合气体的质量会不断变化，体积不变，气体的密度也会变化，故当容器中混合气体的密度不再变化时反应达到最大限度即平衡状态；
B、反应②反应前后气体体积变化为0，则熵变△S=0；
C、反应①中增加C固体的量不影响反应速率；
D、在反应②中及时分离出产生的H₂时，逆反应速率瞬间减小，正反应速率瞬间不变，然后逐渐减小，重新形成平衡；
（2）根据外界条件的变化对化学反应速率的影响分析解答；
（3）①根据v=$\frac{△c}{△t}$进行计算求解；
②根据图中的数据计算650℃和900℃时的平衡常数，比较K的大小，得出反应的热效应；
③实验Ⅲ中，若起始时CO和H₂O等物质的量，因二者反应过程中变化量相等，转化率也相等，若在此基础上增加水蒸气的量，水的转化率降低，CO的转化率增大，故若平衡时，CO的转化率大于水蒸气，则a、b必须满足的关系是a＜b；因温度没有变，平衡常数只与温度有关，故与实验Ⅱ相比，化学平衡常数不变；
④比较平衡常数和浓度商的大小，来判断反应进行的方向；
（4）根据盖斯定律可知：反应③=②-①×2＜0，来分析解答．

解答 解：（1）A、反应①中有固体参与反应，反应进行的过程中，混合气体的质量会不断变化，体积不变，气体的密度也会变化，故当容器中混合气体的密度不再变化时反应达到最大限度即平衡状态，故A正确；
B、反应②反应前后气体体积变化为0，则熵变△S=0，故B错误；
C、反应①中增加C固体的量不影响反应速率，故C错误；
D、在反应②中及时分离出产生的H₂时，逆反应速率瞬间减小，正反应速率瞬间不变，然后逐渐减小，重新形成平衡，故D错误；
故选A；
（2）结合影响反应速率的因素，最经济的措施为粉碎煤炭、增加H₂O（g）的浓度、使用合适的催化剂等，故答案为：粉碎煤炭、增加H₂O（g）的浓度、使用合适的催化剂；
（3）①实验Ⅰ中，水的起始浓度为1 mol•L^-1，平衡时H₂的平衡量为1.6 mol，说明反应中水的变化量也是1.6 mol，则水的平衡浓度为0.2 mol•L^-1，H₂O的平均反应速率为：$\frac{0.8}{5}$=0.16 mol•L^-1•min^-1，故答案为：0.16 mol•L^-1•min^-1；
②650℃时，反应平衡常数K₁=$\frac{1.6×1.6}{2.4×0.4}$=$\frac{8}{3}$，900℃实验Ⅱ的常数K₂=$\frac{0.5×0.5}{1.5×0.5}$=$\frac{1}{3}$，随着温度的升高，平衡常数减小，说明反应逆向进行，即△H小于0，故答案为：小于；
③实验Ⅲ中，若起始时CO和H₂O等物质的量，因二者反应过程中变化量相等，转化率也相等，若在此基础上增加水蒸气的量，水的转化率降低，CO的转化率增大，故若平衡时，CO的转化率大于水蒸气，则a、b必须满足的关系是a＜b；因温度没有变，平衡常数只与温度有关，故与实验Ⅱ相比，化学平衡常数不变，故答案为：a＜b；不变；
④若在900℃时，实验Ⅱ反应达到平衡的状态：1.5 mol CO、0.5 mol H₂O、0.5 mol CO₂、0.5 mol H₂，向此容器中再加入1 mol CO、0.5 mol H₂O、0.2 mol CO₂、0.5 mol H₂，即瞬间状态：2.5 mol CO、1.0 mol H₂O、0.7 mol CO₂、1.0 mol H₂，此时Qc=0.28＜K₂，此时平衡向正反应方向移动，故答案为：正反应方向移动；
（4）根据盖斯定律可知：反应③=②-①×2，即（-nkJ•mol-1）-（-mkJ•mol-1）×2＜0，得：n＞2m，故答案为：n＞2m．

点评 本题考查化学平衡的计算，题目难度中等，做题时注意把握影响平衡移动的因素以及平衡常数的有关计算，此为化学平衡常考查问题．