Question

6．煤化工是以煤為原料，經(jīng)過(guò)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(guò)程．
（1）將水蒸氣通過(guò)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2mol H-O鍵
c．υ正（CO）=υ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)

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υ（CO₂）表示的反應(yīng)速率為0.16mol•（L•min）^-1．
②該反應(yīng)的逆反應(yīng)為吸（填“吸”或“放”）熱反應(yīng)
（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），圖表示該反應(yīng)進(jìn)行過(guò)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△G=△H-T△S＜0時(shí)，反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行；
②反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，同種物質(zhì)的正、逆反應(yīng)速率相等，平衡時(shí)各組分的物質(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，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(shuō)明可逆反應(yīng)到達(dá)平衡狀態(tài)；
（2）①根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算v（CO），再利用速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比計(jì)算v（CO₂）；
②第2組可以等效為：開(kāi)始在650℃時(shí)加入1molH₂O、2molCO到達(dá)平衡，保持溫度不變，再加入1molCO達(dá)到平衡，最后再升高溫度到900℃時(shí)到達(dá)平衡；開(kāi)始在650℃時(shí)加入1molH₂O、2molCO到達(dá)平衡，與第1組為等效平衡，轉(zhuǎn)化率相同，平衡時(shí)H₂為0.8mol，保持溫度不變，再加入1molCO達(dá)到平衡，平衡正向移動(dòng)，平衡時(shí)H₂物質(zhì)的量大于0.8mol，升高溫度到900℃時(shí)到達(dá)平衡，氫氣的物質(zhì)的量減小，說(shuō)明升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)；
（3）根據(jù)圖象知，該反應(yīng)的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，能使c（CH₃OH）增大，說(shuō)明平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)．

解答 解：（1）①該反應(yīng)△H＞0，△S＞0，△G=△H-T△S＜0時(shí)，反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行，故高溫下反應(yīng)可以自發(fā)進(jìn)行，故答案為：溫度；
②a．在一個(gè)容積可變的密閉容器中，容器中壓強(qiáng)始終不變，所以壓強(qiáng)不變不能說(shuō)明反應(yīng)到達(dá)平衡，故a錯(cuò)誤；
b．l 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(shuō)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v_正（CO）=v_正（H₂O），若v_正（CO）=v_逆（H₂O），則v_正（H₂O）=v_逆（H₂O），說(shuō)明反應(yīng)到達(dá)平衡，故c正確；
d．根據(jù)反應(yīng)可知，自始至終c（CO）=c（H₂），不能說(shuō)明反應(yīng)到達(dá)平衡，故d錯(cuò)誤；
故選：bc；
（2）①v（CO）=$\frac{\frac{4mol-2.4mol}{2L}}{5min}$=0.16mol•（L•min）^-1，速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之，則v（CO₂）=0.16mol•（L•min）^-1，
故答案為：0.16mol•（L•min）^-1；
②第2組可以等效為：開(kāi)始在650℃時(shí)加入1molH₂O、2molCO到達(dá)平衡，保持溫度不變，再加入1molCO達(dá)到平衡，最后再升高溫度到900℃時(shí)到達(dá)平衡；開(kāi)始在650℃時(shí)加入1molH₂O、2molCO到達(dá)平衡，與第1組為等效平衡，轉(zhuǎn)化率相同，平衡時(shí)H₂為0.8mol，保持溫度不變，再加入1molCO達(dá)到平衡，平衡正向移動(dòng)，平衡時(shí)H₂物質(zhì)的量大于0.8mol，升高溫度到900℃時(shí)到達(dá)平衡，氫氣的物質(zhì)的量減小，說(shuō)明升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，故逆反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，
故答案為：吸熱；
（3）a．升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，c（CH₃OH）減小，故a錯(cuò)誤；
b．充入He（g），使體系壓強(qiáng)增大，由于容器為恒容容器，各組分濃度不變，平衡不移動(dòng)，c（CH₃OH）不變，故b錯(cuò)誤；
c．將H₂O（g）從體系中分離出來(lái)，平衡正向移動(dòng)，c（CH₃OH）增大，故c正確；
d．再充入1mol CO₂和3molH₂，平衡正向移動(dòng)，c（CH₃OH）增大，故d正確．
故答案為：cd．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡有關(guān)計(jì)算、平衡狀態(tài)判斷、反應(yīng)自發(fā)性等，注意掌握化學(xué)平衡常數(shù)的應(yīng)用，難度中等．