Question

15．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^-1一定溫度下，在一個容積固定的密閉容器中，發(fā)生上述反應，下列不能判斷該反應達到化學平衡狀態(tài)的是d （填字母）．
a．容器中的壓強不變            b．1mol H-H鍵斷裂的同時斷裂2mol H-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），得到如下三組數(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
		CO	H2O	H2	CO2
1	650	2	4	1.6	1.6	5
2	900	1	2	0.4	0.4	3
3	900	a	b	c	d	t

①該反應的逆反應為吸 （填“吸”或“放”）熱反應
②若實驗3要達到與實驗2中各物質的質量分數(shù)分別相等，且t＜3min，則a、b應滿足的關系是b=2a且a＞l （用含a、b的數(shù)學式表示）．
（3）目前工業(yè)上有一種方法是用CO₂來生產(chǎn)甲醇．一定條件下發(fā)生反應：
CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）圖1表示該反應進行過程中能量（單位為kJ?mol．）的變化．
①在體積為1L的恒容密閉容器中，充入l molCO₂和3molH₂，下列措施中能使 c （CH₃OH）增大的是cd （填字母）
a．升高溫度
b．充入He （g），使體系壓強增大
c．將H₂O（g）從體系中分離出來
d．再充入l mol CO₂和3molH₂
②當反應達到平衡時不斷改變條件（但不改變各組分物質的量和狀態(tài)）反應速率隨時間的變化如圖2：其中表示平衡混合物中CH₃OH含量最高的一段時間是t₀～t₁；如t₀～t₁平衡常數(shù)為K₁，t₂～t₃平衡常數(shù)為K₂，則K₁大于K₂（填“大于”、“等于”或“小于”）．

Answer 1

分析 （1）可逆反應到達平衡時，同種物質的正逆速率相等且保持不變，各組分的濃度、含量保持不變，由此衍生的其它一些量不變，判斷平衡的物理量應隨反應進行發(fā)生變化，該物理量由變化到不再變化說明到達平衡；
（2）①．實驗2中起始反應物的物質的量為實驗1中一半，若溫度相同時，由于反應前后氣體體積不變，壓強不影響平衡移動，轉化率相等，則實驗2平衡時氫氣為0.8mol，而由于溫度升高平衡時氫氣為0.4mol，說明升高溫度平衡逆向移動；
②實驗2、實驗3溫度相等，實驗3要達到與實驗2中各物質的質量分數(shù)分別相等，說明為等效平衡，且t＜3min，說明實驗3中反應速率加快，壓強不影響平衡移動，則投料比相等且同種物質的濃度實驗3中較大，或使用催化劑也能實現(xiàn)目的；
（3）①根據(jù)圖象知，該反應的正反應是放熱反應，能使c（CH₃OH）增大，說明平衡向正反應方向移動；
②根據(jù)圖象知，t₁時刻，正逆反應速率都增大且平衡逆向，改變的條件是升高溫度；t₃時刻，正逆反應速率都增大且相等，改變的條件是加入催化劑；t₄時刻正逆反應速率都減小，且平衡向逆反應方向移動，改變的條件是減小壓強．

解答 解（1）a．隨反應進行混合氣體物質的量增大，恒溫恒容下壓強增大，壓強不變時說明反應到達平衡，故a正確；
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：d；
（2）①．實驗2中起始反應物的物質的量為實驗1中一半，若溫度相同時，由于反應前后氣體體積不變，壓強不影響平衡移動，轉化率相等，則實驗2平衡時氫氣為0.8mol，而由于溫度升高平衡時氫氣為0.4mol，說明升高溫度平衡逆向移動，升高溫度平衡向吸熱反應方向移動，故逆反應為吸熱反應，
故答案為：吸；
②實驗2、實驗3溫度相等，實驗3要達到與實驗2中各物質的質量分數(shù)分別相等，說明為等效平衡，且t＜3min，說明實驗3中反應速率加快，壓強不影響平衡移動，則投料比相等且同種物質的濃度實驗3中較大，則a：b=1：2且a＞1，即b=2a且a＞l，
故答案為：b=2a且a＞l；
（3）①a．由圖可知，反應物總能量小于生成物總能量，為放熱反應，升高溫度平衡逆向移動，c（CH₃OH）減小，故a錯誤；
b．充入He （g），恒溫恒容下，反應各組分濃度不變，平衡不移動，c（CH₃OH）不變，故b錯誤；
c．將H₂O（g）從體系中分離出來，平衡正向移動，c（CH₃OH）增大，故c正確；
d．再充入l mol CO₂和3molH₂，平衡正向移動，c（CH₃OH）增大，故d正確，
故選：cd；
②根據(jù)圖象知，t₁時刻，正逆反應速率都增大且可逆反應向逆反應方向移動，改變的條件是升高溫度；t₃時刻，正逆反應速率都增大且相等，改變的條件是加入催化劑；t₄時刻正逆反應速率都減小，且平衡向逆反應方向移動，改變的條件是減小壓強，所以平衡混合物中CH₃OH含量最高的一段時間是t₀～t₁；如t₀～t₁平衡常數(shù)為K₁，t₂～t₃平衡常數(shù)為K₂，且t₀～t₁溫度小于t₂～t₃溫度，所以K₁大于K₂，
故答案為：t₀～t₁；大于．

點評 本題考查化學平衡狀態(tài)判斷、化學平衡圖象、化學平衡的影響因素等，難度中等，側重考查學生運用知識分析解決問題的能力．