Question

18．煤化工是以煤 為原料，經(jīng)過化學加工使煤轉化為氣體、液體、固體燃料以及各種化工 產(chǎn)品的工業(yè)過程．
（1）將水蒸氣通過紅熱的碳即可產(chǎn)生水煤氣．反應為：C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）△H=+131.3kJ•mol^-1，△S=+133.7J•（K•mol）^-1
①該反應能否自發(fā)進行與溫度 有關；
②一定溫度下，在一個容積可變的密閉容器中，發(fā)生上述反應，下列能判斷該反應達到化學平衡狀態(tài)的是bc（填字母）．
a．容器中的壓強不變        b．1mol H-H鍵斷裂的同時斷裂2molH-O鍵
c．v_正（CO）=v_逆（H₂O）    d．c（CO）=c（H₂）
（2）將不同量的CO（g）和H₂O（g）分別通入到體積為2L的恒容密閉容器中，進行反應CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），得到如表三組數(shù)據(jù)：

實驗組	溫度/℃	起始量/mol		平衡量/mol		達到平衡所 需時間/min
		H2O	CO	H2	CO
1	650	2	4	1.6	2.4	5
2	900	1	3	0.75	2.25	3
3	900	2	4	x	y	t

①實驗1中以v（CO₂） 表示的反應速率為0.16mol•（L•min）^-1．
②該反應的逆反應為吸熱（填“吸”或“放”）熱反應
③該反應平衡常數(shù)的數(shù)學表達式為$\frac{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$表中x=$\frac{4}{3}$； y=$\frac{8}{3}$．

Answer 1

分析 （1）①△G=△H-T△S＜0時，反應自發(fā)進行；
②反應達到平衡狀態(tài)時，同種物質的正、逆反應速率相等，平衡時各組分的物質的量、濃度、含量等不再發(fā)生變化，以及由此衍生的其它量不變，選擇判斷的物理量，隨著反應的進行發(fā)生變化，當該物理量由變化到定值時，說明可逆反應到達平衡狀態(tài)；
（2）①根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計算v（CO），再利用速率之比等于化學計量數(shù)之比計算v（CO₂）；
②第2組可以等效為：開始在650℃時加入1molH₂O、2molCO到達平衡，保持溫度不變，再加入1molCO達到平衡，最后再升高溫度到900℃時到達平衡；
開始在650℃時加入1molH₂O、2molCO到達平衡，與第1組為等效平衡，轉化率相同，平衡時H₂為0.8mol，保持溫度不變，再加入1molCO達到平衡，平衡正向移動，平衡時H₂物質的量大于0.8mol，升高溫度到900℃時到達平衡，氫氣的物質的量減小，說明升高溫度平衡向逆反應方向移動；
③平衡常數(shù)表達式K=$\frac{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$，根據(jù)第2組實驗計算平衡時各組分物質的量，反應前后氣體的化學計量數(shù)不變，用物質的量代替濃度代入平衡常數(shù)表達式計算900℃平衡常數(shù)，用平衡時氫氣的物質的量表示出其物質平衡時的物質的量，結合平衡常數(shù)列方程計算解答．

解答 解：（1）①該反應△H＞0，△S＞0，△G=△H-T△S＜0時，反應自發(fā)進行，故高溫下反應可以自發(fā)進行，故答案為：溫度；
②a．反應前后氣體的物質的量不發(fā)生變化，容器中始終壓強不變，不能說明反應到達平衡，故a錯誤；
b．l molH-H鍵斷裂的同時斷裂2mol H-O鍵，斷裂2mol H-O鍵同時生成l molH-H鍵，說明反應到達平衡，故b正確；
c．根據(jù)反應可知，自始至終v_正（CO）=v_正（H₂O），若v_正（CO）=v_逆（H₂O），則v_正（H₂O）=v_逆（H₂O），說明反應到達平衡，故c正確；
d．根據(jù)反應可知，自始至終c（CO）=c（H₂），不能說明反應到達平衡，故d錯誤；
故選：bc；
（2）①v（CO）=$\frac{\frac{4mol-2.4mol}{2L}}{5min}$=0.16mol•（L•min）^-1，速率之比等于化學計量數(shù)之，則v（CO₂）=0.16mol•（L•min）^-1，
故答案為：0.16mol•（L•min）^-1；
②第2組可以等效為：開始在650℃時加入1molH₂O、2molCO到達平衡，保持溫度不變，再加入1molCO達到平衡，最后再升高溫度到900℃時到達平衡；
開始在650℃時加入1molH₂O、2molCO到達平衡，與第1組為等效平衡，轉化率相同，平衡時H₂為0.8mol，保持溫度不變，再加入1molCO達到平衡，平衡正向移動，平衡時H₂物質的量大于0.8mol，升高溫度到900℃時到達平衡，氫氣的物質的量減小，說明升高溫度平衡向逆反應方向移動，故逆反應為吸熱反應，
故答案為：吸熱；
③平衡常數(shù)表達式K=$\frac{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$，
           CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
開始（mol）：1      3        0        0
轉化（mol）：0.75   0.75     0.75     0.75
平衡（mol）：0.25   2.25     0.75     0.75
反應前后氣體的化學計量數(shù)不變，用物質的量代替濃度計算平衡常數(shù)，故900℃平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$=$\frac{0.75×0.75}{0.25×2.25}$=1，
          CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
開始（mol）：2     4         0       0
轉化（mol）：x     x         x       x
平衡（mol）：2-x   4-x       x       x
故$\frac{x×x}{（2-x）×（4-x）}$=1，解得x=$\frac{4}{3}$，
故y=4-x=$\frac{8}{3}$，
故答案為：$\frac{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$；$\frac{4}{3}$；$\frac{8}{3}$．

點評 本題考查化學平衡有關計算、平衡狀態(tài)判斷、反應自發(fā)性等，注意掌握化學平衡常數(shù)的應用，難度中等．