Question

19．煤化工是以煤為原料，經(jīng)過化學(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)過程．
（1）將水蒸氣通過紅熱的碳即可產(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，下同）．
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），得到如下三組數(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	2	0.4	1.6	3
3	900	a	b	c	d	t

①實(shí)驗(yàn)1中以v（CO₂） 表示的反應(yīng)速率為0.16 mol•L^-1•min^-1．
②該反應(yīng)的逆反應(yīng)為放（填“吸”或“放”）熱反應(yīng)
③若實(shí)驗(yàn)3要達(dá)到與實(shí)驗(yàn)2相同的平衡狀態(tài)（即各物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別相等），且t＜3min，則a、b應(yīng)滿足的關(guān)系是b=2a，且a＞1 （用含a、b的數(shù)學(xué)式表示）．
（3）目前工業(yè)上有一種方法是用CO₂來(lái)生產(chǎn)甲醇．一定條件下發(fā)生反應(yīng)：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），如圖表示該反應(yīng)進(jìn)行過程中能量（單位為kJ•mol^-1）的變化．在體積為1L的恒容密閉容器中，充入1mol CO₂和3mol H₂，下列措施中能使c （CH₃OH）增大的是cd．
a．升高溫度              
b．充入He（g），使體系壓強(qiáng)增大
c．將H₂O（g）從體系中分離出來(lái)
d．再充入1mol CO₂和3mol H₂．

Answer 1

分析 （1）①根據(jù)△G=△H-T△S判斷，△G＜0，反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行；
②根據(jù)化學(xué)平衡狀態(tài)的特征解答，當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的濃度、百分含量不變，以及由此衍生的一些量也不發(fā)生變化，解題時(shí)要注意，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)，說明可逆反應(yīng)到達(dá)平衡狀態(tài)；
（2）①根據(jù)表中給出的數(shù)據(jù)可以求出v（CO）表示的平均反應(yīng)速率，然后根據(jù)反應(yīng)速率之比等于計(jì)量系數(shù)之比，求v（ H₂）表示的平均反應(yīng)速率；
②通過表中兩組數(shù)據(jù)求出不同溫度下轉(zhuǎn)化率，比較改變溫度時(shí)轉(zhuǎn)化率的變化判斷化學(xué)平衡移動(dòng)的方向，判斷反應(yīng)的熱效應(yīng)；
③使實(shí)驗(yàn)3達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)各物質(zhì)的體積分?jǐn)?shù)與實(shí)驗(yàn)2分別相等，為等效平衡，該反應(yīng)為反應(yīng)前后氣體的體積不發(fā)生變化，滿足n（H₂O）：n（CO）=1：2即可；
（3）圖象分析可知，反應(yīng)物能量高于生成物能量，反應(yīng)是放熱反應(yīng)，要使c（CH₃OH）增大，需要平衡正向移動(dòng)；

解答 解：（1）①由熱化學(xué)反應(yīng)方程式可知，反應(yīng)為焓增，熵增過程，即△H＞0、△S＞0，△G=△H-T△S＜0反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行，所以該反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行，受溫度影響，298℃時(shí)，△H=+131.3kJ•mol^-1△S=+133.7J•mol^-1•K^-1，△G=△H-T△S=+131.3kJ•mol^-1-（298+273）K×（+133.7×10^-3KJ•mol^-1）•K^-1=54.96KJ/mol＞0，說明反應(yīng)非自發(fā)進(jìn)行，
故答案為：溫度；
②a．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)，反應(yīng)前后氣體的物質(zhì)的量發(fā)生變化，隨反應(yīng)進(jìn)行氣體的物質(zhì)的量增加，壓強(qiáng)增大，保持恒壓，容器中的壓強(qiáng)始終不變，不能說明反應(yīng)到達(dá)平衡，故a錯(cuò)誤；
b．1 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，說明反應(yīng)到達(dá)平衡，故b正確．
c．反應(yīng)速率之比等于化學(xué)方程式計(jì)量數(shù)之比，v_正（CO）=v_逆（H₂O），說明水的正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率相同，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故c正確；
d．根據(jù)反應(yīng)可知，自始至終c（CO）=c（H₂），不能說明反應(yīng)到達(dá)平衡，故d錯(cuò)誤；
故選：bc；
（2）①根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知：反應(yīng)前CO的濃度C（CO）=$\frac{n}{V}$=2mol/L，5min后濃度C（CO）′=$\frac{n}{V}$=1.2mol/L，則V（CO）=$\frac{△c}{△t}$=0.16 mol•L^-1•min^-1，根據(jù)同一反應(yīng)用不同物質(zhì)表示的速率之比等于方程式中各物質(zhì)的計(jì)量系數(shù)之比得：V（CO）：V（H₂）=1；1，所以 以v（ H₂）表示的平均反應(yīng)速為：0.16 mol•L^-1•min^-1 ，
故答案為：0.16 mol•L^-1•min^-1；
②實(shí)驗(yàn)1中CO的轉(zhuǎn)化率為：$\frac{（4-2.4）mol}{4mol}$×100%=40%，實(shí)驗(yàn)2中CO的轉(zhuǎn)化率為：$\frac{（2-1.6）mol}{2min}$×100%=20%，溫度升高，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率降低，平衡向逆向移動(dòng)，逆向?yàn)槲鼰岱磻?yīng)，所以正向?yàn)榉艧岱磻?yīng)，故答案為：放；
③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），反應(yīng)特點(diǎn)：前后氣體系數(shù)相等，要想在恒溫恒容條件下建立等效平衡，只需各物質(zhì)的物質(zhì)的量之比應(yīng)相等，該反應(yīng)為反應(yīng)前后氣體的體積不發(fā)生變化，滿足n（H₂O）：n（CO）=1：2即可．
      CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），
實(shí)驗(yàn)2  1mol   2mol     0        0
實(shí)驗(yàn)3   a       b      0        0
所以只要當(dāng)a：b=1：2時(shí)，且a＞1，
實(shí)驗(yàn)3達(dá)到與實(shí)驗(yàn)2達(dá)到相同的平衡狀態(tài)，
故答案為：b=2a，且a＞1；
（3）圖象可知，CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），反應(yīng)是氣體體積減小的放熱反應(yīng)，
a．升高溫度，平衡逆向進(jìn)行，故a不選；
b．充入He（g），使體系壓強(qiáng)增大，反應(yīng)物的濃度不變，平衡不移動(dòng)，故b不選；
c．將H₂O（g）從體系中分離出來(lái)，平衡正向移動(dòng)，故c選；
d．再充入1mol CO₂和3mol H₂，相當(dāng)于增大壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，故d選；
故答案為：cd．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡狀態(tài)判斷，化學(xué)平衡計(jì)算以及化學(xué)平衡移動(dòng)等問題，題目難度中等，把握影響因素、反應(yīng)特征和化學(xué)平衡移動(dòng)原理的理解應(yīng)用為解答的關(guān)鍵，側(cè)重分析與應(yīng)用能力的考查．