Question

10．煤化工中兩個(gè)重要反應(yīng)為：
①C（s）+H₂O（g）═H₂（g）+CO（g）△H=+131.3kJ•mol^-1，
②CO（g）+H₂O（g）$?_{△}^{催化劑}$CO₂（g）+H₂（g）．
（1）下列說(shuō)法正確的是A．
A．當(dāng)反應(yīng)①的容器中混合氣體的密度不再變化時(shí)反應(yīng)達(dá)到最大限度
B．反應(yīng)②的熵變△S＞0
C．反應(yīng)①中增加C固體的量能增大反應(yīng)速率
D．在反應(yīng)中②及時(shí)分離出產(chǎn)生的H₂對(duì)正反應(yīng)速率無(wú)影響
（2）若工業(yè)上要增加反應(yīng)①的速率，最經(jīng)濟(jì)的措施為粉碎煤炭、增加H₂O的濃度、使用合適的催化劑．
（3）現(xiàn)將不同量的CO（g）和H₂O（g）分別通入2L恒容密閉容器中進(jìn)行反應(yīng)，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
		CO	H2O	H2	CO2
I	650	4	2	1.6	1.6	5
Ⅱ	900	2	1	0.5	0.5	3
Ⅲ	900	a	b	c	d	t

①實(shí)驗(yàn)I中，從反應(yīng)開(kāi)始到反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，H₂O的平均反應(yīng)速率為0.04mol/（L•min）．
②CO（g）和H₂O（g）反應(yīng)的△H小于0 （ 填“大于”、“小于”或“等于”）
③實(shí)驗(yàn)III中，若平衡時(shí)，CO的轉(zhuǎn)化率大于水蒸氣，則a、b必須滿足的關(guān)系是a＜b，與實(shí)驗(yàn)Ⅱ相比，化學(xué)平衡常數(shù)不變（填“增大”、“減小”或“不變”）．
④若在900℃時(shí)，實(shí)驗(yàn)II反應(yīng)達(dá)到平衡后，向此容器中再加入1mol CO、0.5mol H₂O、0.2mol CO₂、0.5mol H₂，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)（填“正反應(yīng)”、“逆反應(yīng)”“不移動(dòng)”）．
（4）CO、H₂可用于甲醇和甲醚，其反應(yīng)為（m、n均大于0）：
反應(yīng)①：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-mkJ•mol^-1
反應(yīng)②：2CO（g）+4H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-nkJ•mol^-1
反應(yīng)③：2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H＜0
則m與n的關(guān)系為n＞2m．

Answer 1

分析 （1）A．根據(jù)密度是否為變化值判斷；
B．反應(yīng)物和生成物都是氣體，且化學(xué)計(jì)量總數(shù)相等，故該反應(yīng)的△S無(wú)法判斷，故B錯(cuò)誤；
C．碳為固體，增加其量不會(huì)影響反應(yīng)速率；
D．在反應(yīng)中②及時(shí)分離出產(chǎn)生的H₂相當(dāng)于減小了反應(yīng)物的濃度；
（2）根據(jù)增加反應(yīng)速率可以從增大表面積，增加反應(yīng)物的濃度、使用合適的催化劑等分析；
（3）①根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算；
②分別計(jì)算出第一組和第二組溫度平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度，根據(jù)K=$\frac{c（CO{\;}_{2}）c（H{\;}_{2}）}{c（CO）c（H{\;}_{2}O）}$計(jì)算判斷；
③根據(jù)CO和H₂O的計(jì)量數(shù)相同，當(dāng)CO和水蒸氣的物質(zhì)的量相等時(shí)二者轉(zhuǎn)化率相等，故當(dāng)水蒸氣的物質(zhì)的量大于CO時(shí)，CO的轉(zhuǎn)化率大于水蒸氣；平衡常數(shù)僅與溫度有關(guān)；
④根據(jù)Q=$\frac{c（CO{\;}_{2}）c（H{\;}_{2}）}{c（CO）c（H{\;}_{2}O）}$與K的大小判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向；
（4）①：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-mkJ•mol^-1
②：2CO（g）+4H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-nkJ•mol^-1
③：2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H＜0
根據(jù)蓋斯定律，②-①×2判斷．

解答 解：（1）A．因?yàn)榉磻?yīng)①可知反應(yīng)物C為固體，所以反應(yīng)前后質(zhì)量在變，又體積固定，所以當(dāng)反應(yīng)①的密度是變化值，當(dāng)密度不再變化時(shí)反應(yīng)達(dá)到最大限度，故A正確；
B．反應(yīng)物和生成物都是氣體，且化學(xué)計(jì)量總數(shù)相等，故該反應(yīng)的△S無(wú)法判斷，故B錯(cuò)誤；
C．碳為固體，增加其量不會(huì)影響反應(yīng)速率，故C錯(cuò)誤；
D．在反應(yīng)中②及時(shí)分離出產(chǎn)生的H₂相當(dāng)于減小了反應(yīng)物的濃度，逆反應(yīng)速率瞬時(shí)減小，正反應(yīng)速率會(huì)逐漸減小，故D錯(cuò)誤；
故選：A；
（2）根據(jù)反應(yīng)①的特點(diǎn)，增加反應(yīng)速率最經(jīng)濟(jì)的方法有：一是將C固體粉碎，增加反應(yīng)接觸面積從而增加反應(yīng)速率，二是增加水蒸氣的濃度來(lái)增加反應(yīng)速率，三是采用合適的催化劑來(lái)提高反應(yīng)速率，故答案為：粉碎煤炭、增加H₂O的濃度、使用合適的催化劑；
（3）①根據(jù)方程式可知v（H₂O）=v（CO₂），則v（H₂O）=v（CO₂）=$\frac{\frac{2-1.6}{2}}{5}$=0.04mol/（L•min），故答案為：0.04mol/（L•min）；
②實(shí)驗(yàn)I達(dá)平衡時(shí)，
H₂O（g）+CO（g） CO₂（g）+H₂（g）
初始 1mol/L 2mol/L 0 0
轉(zhuǎn)化 0.8mol/L 0.8mol/l 0.8mol/l 0.8mol/l
平衡 0.2mol/L 1.2mol/L 0.8mol/l 0.8mol/l
根據(jù)K=$\frac{c（CO{\;}_{2}）c（H{\;}_{2}）}{c（CO）c（H{\;}_{2}O）}$計(jì)算可得該反應(yīng)在650℃時(shí)平衡常數(shù)數(shù)值為K=$\frac{0.8×0.8}{0.2×1.2}$=2.67，
實(shí)驗(yàn)Ⅱ達(dá)平衡時(shí)，H₂O（g）+CO（g） CO₂（g）+H₂（g）
初始 1mol/L 0.5mol/L 0 0
轉(zhuǎn)化 0.25mol/L 0.25mol/l 0.25mol/l 0.25mol/l
平衡 0.75mol/L 0.25mol/L 0.25mol/l 0.25mol/l
根據(jù)K=$\frac{c（CO{\;}_{2}）c（H{\;}_{2}）}{c（CO）c（H{\;}_{2}O）}$計(jì)算可得該反應(yīng)在900℃時(shí)平衡常數(shù)數(shù)值為K=$\frac{0.25×0.25}{0.25×0.75}$=$\frac{1}{3}$，可見(jiàn)溫度升高K減小，反應(yīng)為放熱反應(yīng)，△H＜0
故答案為：小于；
③CO（g）+H₂O（g）CO₂（g）+H₂（g）反應(yīng)中，CO和H₂O的計(jì)量數(shù)相同，當(dāng)CO和水蒸氣的物質(zhì)的量相等時(shí)二者轉(zhuǎn)化率相等，故當(dāng)水蒸氣的物質(zhì)的量大于CO時(shí)，CO的轉(zhuǎn)化率大于水蒸氣，則a＜b；又平衡常數(shù)僅與溫度有關(guān)，所以實(shí)驗(yàn)III中與實(shí)驗(yàn)Ⅱ相比，化學(xué)平衡常數(shù)不變；
故答案為：a＜b；不變；
④在900℃時(shí)，實(shí)驗(yàn)II反應(yīng)達(dá)到平衡后，向此容器中再加入1molCO、0.5mol H₂O、0.2mol CO₂、0.5mol H₂，此時(shí)有2.5molCO、1mol H₂O、0.7mol CO₂、1mol H₂，則c（CO）=1.25mol•L^-1，c（H₂O）=0.5mol•L^-1，c（CO₂）=0.35mol•L^-1，c（H₂）=0.5mol•L^-1，此時(shí)Q=$\frac{c（CO{\;}_{2}）c（H{\;}_{2}）}{c（CO）c（H{\;}_{2}O）}$=0.28＜K，故反應(yīng)應(yīng)向正反應(yīng)方向進(jìn)行，故答案為：正反應(yīng)；
（4）①：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-mkJ•mol^-1
②：2CO（g）+4H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-nkJ•mol^-1
③：2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H＜0
根據(jù)蓋斯定律，②-①×2可得③：2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=（2m-n）＜0，所以n＞2m，故答案為：n＞2m．

點(diǎn)評(píng) 本題通過(guò)題目信息相應(yīng)數(shù)據(jù)分析強(qiáng)化對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡常數(shù)、化學(xué)反應(yīng)方向以及平衡移動(dòng)原理的理解，同時(shí)輻射考查蓋斯定律等，旨在通過(guò)本題解答接軌高考，提升同學(xué)們應(yīng)答能力．