Question

19．如圖1是某煤化工產(chǎn)業(yè)鏈的一部分，試運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，解決下列問題：

（1）煤的氣化反應(yīng)方程式C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g），平衡常數(shù)表達(dá)式K=$\frac{c（CO）×c（{H}_{2}）}{c（{H}_{2}O）}$．
（2）工業(yè)合成氨是目前常采用的人工固氮方式，依據(jù)N₂（g）+3H₂（g）$?_{催化劑}^{高溫、高壓}$2NH₃（g）△H=-92.4kJ•mol^-1，回答下列問題：
①在定溫、定容的密閉容器中，能說明該反應(yīng)已達(dá)平衡狀態(tài)的是bf（填序號(hào)）．
a．n（N₂）：n（H₂）：n（NH₃）=1：3：2      b．容器內(nèi)壓強(qiáng)保持不變
c．N₂的消耗速率與H₂的消耗速率之比為1：3
d．混合氣體的密度保持不變            f．N₂、H₂、NH₃的濃度均不再變化
②圖2圖象與工業(yè)合成氨反應(yīng)相符的是c（填序號(hào)）．
（3）合成甲醇的反應(yīng)CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-90.8kJ•mol^-1，在容積固定的密閉容器中，各物質(zhì)的濃度如表所示：

濃度 時(shí)間	c（CO）/mol•L-1	c（H2）/mol•L-1	c（CH3OH）/mol•L-1
0	0.8	1.6	0
2min	0.6	x	0.2
4min	0.3	0.8	0.5
6min	0.3	0.8	0.5

①0～2min內(nèi)平均反應(yīng)速率v（CO）=0.1mol/（L．min）．
②達(dá)到平衡時(shí)，CO的轉(zhuǎn)化率為62.5%．
③保持其他條件不變，若6min時(shí)升高溫度，平衡逆向 （填“正向”、“逆向”或“不”） 移動(dòng)，平衡常數(shù)K減�。ㄌ睢霸龃蟆�、“減小”或“不變”）．
④若反應(yīng)在第2min時(shí)改變了條件，可能是b或bc（填序號(hào)）．
a．降低溫度  b．充入適量H₂    c．加入催化劑   d．充入適量CO．

Answer 1

分析 （1）化學(xué)平衡常數(shù)是指：一定溫度下，可逆反應(yīng)到達(dá)平衡時(shí)，生成物的濃度系數(shù)次冪之積與反應(yīng)物的濃度系數(shù)次冪之積的比，固體、純液體不需要在化學(xué)平衡常數(shù)中寫出；
（2）①可逆反應(yīng)到達(dá)平衡時(shí)，同種物質(zhì)的正逆速率相等，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(yīng)隨反應(yīng)進(jìn)行發(fā)生變化，該物理量由變化到不再變化說明到達(dá)平衡；
②a．溫度越高，反應(yīng)速率越快，到達(dá)平衡時(shí)間越短，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡逆向移動(dòng)，氫氣物質(zhì)的量增大；
b．壓強(qiáng)越大，反應(yīng)速率越快，到達(dá)平衡時(shí)間越短，正反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)平衡正向移動(dòng)，氫氣的轉(zhuǎn)化率增大；
c．交點(diǎn)處于平衡狀態(tài)，再升高溫度，正逆反應(yīng)速率都增大，平衡逆向移動(dòng)；
（3）①根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算v（CO）；
②4min時(shí)到達(dá)平衡狀態(tài)，轉(zhuǎn)化率=$\frac{濃度變化量}{起始濃度}$×100%；
③正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡逆向移動(dòng)，平衡常數(shù)減小；
④0～4min內(nèi)CO濃度減小量為（0.8-0.3）mol/L=0.5mol/L，甲醇濃度增大量為0.5mol/L，二者濃度變化量之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，而氫氣濃度變化量為0.8mol/L，與CO濃度減小量之比為8：5，小于2：1，故在2min時(shí)應(yīng)是增大氫氣濃度，2-4min反應(yīng)速率比0-2min內(nèi)更快，也可能同時(shí)加入催化劑．

解答 解：（1）C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）的平衡常數(shù)表達(dá)式K=$\frac{c（CO）×c（{H}_{2}）}{c（{H}_{2}O）}$，
故答案為：$\frac{c（CO）×c（{H}_{2}）}{c（{H}_{2}O）}$；
（2）①a．平衡時(shí)各組分的物質(zhì)的量關(guān)系與起始物質(zhì)的量及轉(zhuǎn)化率有關(guān)，不一定是化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，故a錯(cuò)誤；
b．隨反應(yīng)進(jìn)行混合氣體物質(zhì)的量發(fā)生變化，恒溫恒容下容器內(nèi)壓強(qiáng)變化，當(dāng)容器內(nèi)壓強(qiáng)保持不變，說明反應(yīng)到達(dá)平衡，故b正確；
c．N₂的消耗速率與H₂的消耗速率均表示正反應(yīng)速率，二者速率之比始終為1：3，故c錯(cuò)誤；
d．混合氣體質(zhì)量不變，容器容積不變，混合氣體的密度始終保持不變，故d錯(cuò)誤；
f．N₂、H₂、NH₃的濃度均不再變化，說明反應(yīng)到達(dá)平衡，故f正確，
故選：bf；
②a．溫度T₂到達(dá)平衡時(shí)間短，反應(yīng)速率快，則溫度T₂＞T₁，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡逆向移動(dòng)，氫氣物質(zhì)的量增大，圖象不符合，故a錯(cuò)誤；
b．壓強(qiáng)P₂到達(dá)平衡時(shí)間短，反應(yīng)速率快，則壓強(qiáng)P₂＞P₁，正反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)平衡正向移動(dòng)，氫氣的轉(zhuǎn)化率增大，圖象不符合，故b錯(cuò)誤；
c．交點(diǎn)處于平衡狀態(tài)，再升高溫度，正逆反應(yīng)速率都增大，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，平衡逆向移動(dòng)，逆反應(yīng)速率增大更多，圖象符合實(shí)際，故c正確，
故選：c；
（3）①0～2min內(nèi)CO濃度變化量為（0.8-0.6）mol/L=0.2mol/L，則v（CO）=$\frac{0.2mol/L}{2min}$=0.1mol/（L．min），
故答案為：0.1mol/（L．min）；
②4min時(shí)到達(dá)平衡狀態(tài)，CO濃度減小量為（0.8-0.3）mol/L=0.5mol/L，則CO轉(zhuǎn)化率=$\frac{0.5mol/L}{0.8mol/L}$×100%=62.5%，
故答案為：62.5%；
③正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡逆向移動(dòng)，平衡常數(shù)減小，
故答案為：逆向；減��；
④0～4min內(nèi)CO濃度減小量為（0.8-0.3）mol/L=0.5mol/L，甲醇濃度增大量為0.5mol/L，二者濃度變化量之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，而氫氣濃度變化量為0.8mol/L，與CO濃度減小量之比為8：5，小于2：1，故在2min時(shí)應(yīng)是增大氫氣濃度，2-4min反應(yīng)速率比0-2min內(nèi)更快，也可能同時(shí)加入催化劑，
故選：b或bc．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算與影響因素、化學(xué)平衡圖象、平衡常數(shù)、反應(yīng)速率等，側(cè)重考查學(xué)生分析解決問題的能力，難度中等．