Question

18．煤化工是以煤 為原料，經(jīng)過(guò)化學(xué)加工使煤轉(zhuǎn)化為氣體、液體、固體燃料以及各種化工 產(chǎn)品的工業(yè)過(guò)程．
（1）將水蒸氣通過(guò)紅熱的碳即可產(chǎn)生水煤氣．反應(yīng)為：C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）△H=+131.3kJ•mol^-1，△S=+133.7J•（K•mol）^-1
①該反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行與溫度 有關(guān)；
②一定溫度下，在一個(gè)容積可變的密閉容器中，發(fā)生上述反應(yīng)，下列能判斷該反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的是bc（填字母）．
a．容器中的壓強(qiáng)不變        b．1mol H-H鍵斷裂的同時(shí)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(jìn)行反應(yīng)CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），得到如表三組數(shù)據(jù)：

實(shí)驗(yàn)組	溫度/℃	起始量/mol		平衡量/mol		達(dá)到平衡所 需時(shí)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(shí)驗(yàn)1中以v（CO₂） 表示的反應(yīng)速率為0.16mol•（L•min）^-1．
②該反應(yīng)的逆反應(yīng)為吸熱（填“吸”或“放”）熱反應(yīng)
③該反應(yīng)平衡常數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)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(shí)，反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行；
②反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，同種物質(zhì)的正、逆反應(yīng)速率相等，平衡時(shí)各組分的物質(zhì)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(yīng)的進(jìn)行發(fā)生變化，當(dāng)該物理量由變化到定值時(shí)，說(shuō)明可逆反應(yīng)到達(dá)平衡狀態(tài)；
（2）①根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算v（CO），再利用速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比計(jì)算v（CO₂）；
②第2組可以等效為：開始在650℃時(shí)加入1molH₂O、2molCO到達(dá)平衡，保持溫度不變，再加入1molCO達(dá)到平衡，最后再升高溫度到900℃時(shí)到達(dá)平衡；
開始在650℃時(shí)加入1molH₂O、2molCO到達(dá)平衡，與第1組為等效平衡，轉(zhuǎn)化率相同，平衡時(shí)H₂為0.8mol，保持溫度不變，再加入1molCO達(dá)到平衡，平衡正向移動(dòng)，平衡時(shí)H₂物質(zhì)的量大于0.8mol，升高溫度到900℃時(shí)到達(dá)平衡，氫氣的物質(zhì)的量減小，說(shuō)明升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)；
③平衡常數(shù)表達(dá)式K=$\frac{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$，根據(jù)第2組實(shí)驗(yàn)計(jì)算平衡時(shí)各組分物質(zhì)的量，反應(yīng)前后氣體的化學(xué)計(jì)量數(shù)不變，用物質(zhì)的量代替濃度代入平衡常數(shù)表達(dá)式計(jì)算900℃平衡常數(shù)，用平衡時(shí)氫氣的物質(zhì)的量表示出其物質(zhì)平衡時(shí)的物質(zhì)的量，結(jié)合平衡常數(shù)列方程計(jì)算解答．

解答 解：（1）①該反應(yīng)△H＞0，△S＞0，△G=△H-T△S＜0時(shí)，反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行，故高溫下反應(yīng)可以自發(fā)進(jìn)行，故答案為：溫度；
②a．反應(yīng)前后氣體的物質(zhì)的量不發(fā)生變化，容器中始終壓強(qiáng)不變，不能說(shuō)明反應(yīng)到達(dá)平衡，故a錯(cuò)誤；
b．l molH-H鍵斷裂的同時(shí)斷裂2mol H-O鍵，斷裂2mol H-O鍵同時(shí)生成l molH-H鍵，說(shuō)明反應(yīng)到達(dá)平衡，故b正確；
c．根據(jù)反應(yīng)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(shuō)明反應(yīng)到達(dá)平衡，故c正確；
d．根據(jù)反應(yīng)可知，自始至終c（CO）=c（H₂），不能說(shuō)明反應(yīng)到達(dá)平衡，故d錯(cuò)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(xué)計(jì)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(shí)加入1molH₂O、2molCO到達(dá)平衡，保持溫度不變，再加入1molCO達(dá)到平衡，最后再升高溫度到900℃時(shí)到達(dá)平衡；
開始在650℃時(shí)加入1molH₂O、2molCO到達(dá)平衡，與第1組為等效平衡，轉(zhuǎn)化率相同，平衡時(shí)H₂為0.8mol，保持溫度不變，再加入1molCO達(dá)到平衡，平衡正向移動(dòng)，平衡時(shí)H₂物質(zhì)的量大于0.8mol，升高溫度到900℃時(shí)到達(dá)平衡，氫氣的物質(zhì)的量減小，說(shuō)明升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，故逆反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，
故答案為：吸熱；
③平衡常數(shù)表達(dá)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(zhuǎn)化（mol）：0.75   0.75     0.75     0.75
平衡（mol）：0.25   2.25     0.75     0.75
反應(yīng)前后氣體的化學(xué)計(jì)量數(shù)不變，用物質(zhì)的量代替濃度計(jì)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(zhuǎn)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(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡有關(guān)計(jì)算、平衡狀態(tài)判斷、反應(yīng)自發(fā)性等，注意掌握化學(xué)平衡常數(shù)的應(yīng)用，難度中等．