Question

9．煤和煤制品（如水煤气、焦炭、甲醚等）已广泛应用于工农业生产中．
（1）已知：C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H=+131.3kJ．mol^-l
CO₂（g）+H₂（g）=CO（g）+H₂O（g）△H=+41.3kJ．mol-l
则碳与水蒸气反应生成二氧化碳和氢气的热化学方程式为C（s）+2H₂O（g）=CO₂（g）+2H₂（g）△H=+90.0kJ．mol^-1，该反应在高温（填“高温”、“低温”或“任何温度”）下有利于正向自发进行．
（2）利用炭还原法可处理氮氧化物（如NO等），发生的反应为C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂ （g）．向某密闭容器中加入一定量的活性炭和NO，在T₁℃时，不同时间测得的各气体的浓度如表所示：

时间（min） 浓度（mol•L-1） 物质	0	10	20	30	40	50
NO	1.00	0.68	0.50	0.50	0.60	0.60
N2	0	0.16	0.25	0.25	0.30	0.30
CO2	0	0.16	0.25	0.25	0.30	0.30

①10～20min内，N₂的平均反应速率可v（N₂）=0.009mol．L^-l．min^-l．
②30min后，只改变某一条件，反应重新达到平衡，根据上表中的数据判断改变的条件可能是AD（填字母）．
A．通入一定量的NO     B．加入一定量的活性炭
C．加入合适的催化剂    D．遁当缩小容器的体积
（3）研究表明，反应CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）的平衡常数随温度的变化如表所示：

温度/℃	400	500	800
平衡常数K	9.94	9	1

若反应在500℃时进行，设起始时CO和H₂O的浓度均为0.020mol•L^-l，在该条件下达到平衡时，CO的转化率为75%．

Answer 1

分析 （1）根据盖斯定律来写出碳与水蒸气反应生成一氧化碳和氢气的热化学方程式；根据反应能否自发进行的判据来回答；
（2）反应前后是气体体积不变的反应，图表数据分析可知一氧化氮，氮气，二氧化碳浓度都增大，说明改变的条件是缩小体积增大浓度，或加入一氧化氮达到新平衡后个物质浓度增大；
（3）到达平衡时转化率最大，令平衡时CO的浓度变化量为cmol/L，根据三段式法用c表示出平衡时各组分个浓度，再利用平衡常数列方程，求出c，再利用转化率定义计算．

解答 解：（1）已知①C（s）+H₂O（g）═CO（g）+H₂（g）△H=+131.3kJ•mol^-1
②CO₂（g）+H₂（g）═CO（g）+H₂O（g）△H=+41.3kJ•mol^-1
根据盖斯定律，将①-②可得：C（s）+2H₂O（g）=CO₂（g）+2H₂（g）△H=+90kJ•mol^-1，反应的焓变△H＞0，△S＞0，根据反应自发进行的判据
△H-TS＜0，所以需要高温下发生，
故答案为：C（s）+2H₂O（g）=CO₂（g）+2H₂（g）△H=+90.0 kJ•mol^-1；高温；
（2）①10～20min内，N₂的平均反应速率v（N₂）=$\frac{0.25-0.16}{20-10}$mol/（L•min）=0.009 mol/（L•min），
故答案为：0.009 mol/（L•min）；
②30min后，只改变某一条件，反应重新达到平衡，图表数据分析可知一氧化氮，氮气，二氧化碳浓度都增大；
A．通入一定量的NO，反应正向进行，达到平衡后一氧化氮、氮气、二氧化碳浓度增大，故符合；
B．加入一定量的活性炭是固体，对平衡无影响，故不符合；
C．加入合适的催化剂，只能改变化学反应速率，不能改变平衡，浓度不变，故不符合；
D．适当缩小容器的体积，反应前后是气体体积不变的反应，平衡不动，但个物质浓度增大，符合要求，故符合；
故答案为：AD；
（3）设CO的浓度变化量为c，三段式法用c表示出平衡时各组分个浓度，
                     CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），
起始（mol/L）：0.02         0.020        0            0
转化（mol/L）：c               c             c          c
平衡（mol/L）：0.02-c      0.02-c       c           c
代入500℃时反应平衡常数有k=$\frac{c（{H}_{2}）c（C{O}_{2}）}{c（CO）c（{H}_{2}O）}$=$\frac{{c}^{2}}{（0.02-c）^{2}}$=9，解得c=0.015，
CO的最大所以转化率为$\frac{0.015}{0.02}$×100%=75%，
故答案为：75%．

点评 本题综合性较大，涉及化学反应自发性判断、化学平衡常数、化学平衡影响因素、等效平衡计算等，题目难度中等．