Question

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、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炭即可產(chǎn)生水煤氣，反應(yīng)為：C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）△H=+131.3kJ/mol
①該反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行與    有關(guān)；
②在一定溫度下，在一個(gè)容積不變的密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng)，下列能判斷該反應(yīng)已達(dá)化學(xué)平衡狀態(tài)的是    ；
A．容器中的壓強(qiáng)不變    B．容器中氣體的密度不變
C．c（CO）=c（H₂）    D．1 molH-H鍵斷裂的同時(shí)斷裂2mol H-O鍵
③在恒容密閉容器中加入1mol C（s）和1mol H₂O（g），一定溫度下充分反應(yīng)達(dá)到平衡，吸收熱量akJ，則a=    131.3（填“＞”、“＜”或“=”）；若開始時(shí)加入的是2mol C（s）和1mol H₂O（g），充分反應(yīng)達(dá)到平衡，吸收熱量為b kJ，則b    a（填“＞”、“＜”或“=”）．
（2）將一定的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）

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
1	650	4	2	1.6	1.6	5
2	830	1	4	0.8	0.8	3
3	830	a	b	c	d	t

①實(shí)驗(yàn)1中的v（H₂）表示的反應(yīng)速率為    ．
②830℃時(shí)，向容器中充入2mol CO和10mol H₂O（g），反應(yīng)達(dá)到平衡后，CO的轉(zhuǎn)化率為    ．
③若實(shí)驗(yàn)3要達(dá)到與實(shí)驗(yàn)2相似的平衡狀態(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    （用含a、b的數(shù)學(xué)式表示）

Answer 1

【答案】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反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，平衡時(shí)各種物質(zhì)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，可由此進(jìn)行判斷．
③可逆反應(yīng)存在反應(yīng)限度，反應(yīng)物不能完全轉(zhuǎn)化；
增大固體C的用量，平衡不移動(dòng)，不影響反應(yīng)熱．
（2）①根據(jù)v=計(jì)算v（H₂）．
②溫度相同，平衡常數(shù)相同，根據(jù)實(shí)驗(yàn)2計(jì)算830℃平衡常數(shù)，由于各氣體的化學(xué)計(jì)量數(shù)都為1，故可以用物質(zhì)的量代替濃度計(jì)算；令參加反應(yīng)的CO的物質(zhì)的量為nmol，利用平衡常數(shù)求出n的值，再根據(jù)轉(zhuǎn)化率定義計(jì)算．
③反應(yīng)前后氣體體積不變，實(shí)驗(yàn)2相似的平衡狀態(tài)（即各物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別相等），為等效平衡，滿足CO（g）與H₂O（g）的物質(zhì)的量為1：4，由于到達(dá)平衡時(shí)間t＜3min，物質(zhì)的量應(yīng)比實(shí)驗(yàn)2大或使用催化劑．
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．
故答案為：溫度．
②A．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，容器中的壓強(qiáng)不變，說明反應(yīng)到達(dá)平衡，故A正確；
 B．容器的容積不變，隨反應(yīng)進(jìn)行容器內(nèi)氣體的質(zhì)量增加，所以隨反應(yīng)進(jìn)行密度增大，容器中氣體的密度不變，說明反應(yīng)到達(dá)平衡，故B正確；
C．根據(jù)反應(yīng)可知，自始至終c（CO）=c（H₂），不能說明反應(yīng)到達(dá)平衡，故C錯(cuò)誤；
D．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D正確．
故選：ABD．
③C（s）+H₂O（g）═CO（g）+H₂（g）△H=+131.3kJ/mol，表示1molC（s）與1molH₂O（g）反應(yīng)生成1molCO（g）與1molH₂（g）吸收的熱量為131.3kJ．可逆反應(yīng)存在反應(yīng)限度，反應(yīng)物不能完全轉(zhuǎn)化，所以a＜131.3kJ．
增大固體C的用量，水蒸氣的物質(zhì)的量未變，平衡不移動(dòng)，不影響反應(yīng)熱，故a=b．
故答案為：＜；=．
（2）①由表可知5min內(nèi)，氫氣的物質(zhì)的量變化量為1.6mol，容器體積為2L，所以H₂表示的反應(yīng)速率v（H₂）==0.16mol/（L?min）．
故答案為：0.16mol/（L?min）．
②由實(shí)驗(yàn)2可知，平衡時(shí)CO₂、H₂的物質(zhì)的量分別為0.8mol、0.8mol．
對(duì)于反應(yīng)     CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
開始（mol）：1       4         0       0
變化（mol）：0.8     0.8       0.8     0.8
平衡（mol）：0.2     3.2       0.8     0.8
所以算830℃平衡常數(shù)k===1
令參加反應(yīng)的CO的物質(zhì)的量為nmol，則
對(duì)于反應(yīng)    CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
開始（mol）：2      10        0       0
變化（mol）：n       n        n      n
平衡（mol）：2-n    10-n      n      n
所以=1，解得n=
所以CO的轉(zhuǎn)化率為×100%=83.33%．
故答案為：83.33%．
③反應(yīng)前后氣體體積不變，實(shí)驗(yàn)2相似的平衡狀態(tài)（即各物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別相等），為等效平衡，滿足CO（g）與H₂O（g）的物質(zhì)的量為1：4，即a：b=1：4，b=4a，由于到達(dá)平衡時(shí)間t＜3min，所以速率較實(shí)驗(yàn)2快，故a＞1（或使用催化劑）．
故答案為：b=4a，a＞1（或使用催化劑）．
點(diǎn)評(píng)：考查反應(yīng)熱、反應(yīng)速率計(jì)算、平衡狀態(tài)判斷、等效平衡、平衡常數(shù)等，綜合性較大，難度中等，注意三段式解題法的運(yùn)用．