Question

9．煤和煤制品（如水煤氣、焦炭、甲醚等）已廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中．
（1）已知：C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H=+131.3kJ．mol^-l
CO₂（g）+H₂（g）=CO（g）+H₂O（g）△H=+41.3kJ．mol-l
則碳與水蒸氣反應(yīng)生成二氧化碳和氫氣的熱化學(xué)方程式為C（s）+2H₂O（g）=CO₂（g）+2H₂（g）△H=+90.0kJ．mol^-1，該反應(yīng)在高溫（填“高溫”、“低溫”或“任何溫度”）下有利于正向自發(fā)進行．
（2）利用炭還原法可處理氮氧化物（如NO等），發(fā)生的反應(yīng)為C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂ （g）．向某密閉容器中加入一定量的活性炭和NO，在T₁℃時，不同時間測得的各氣體的濃度如表所示：

時間（min） 濃度（mol•L-1） 物質(zhì)	0	10	20	30	40	50
NO	1.00	0.68	0.50	0.50	0.60	0.60
N2	0	0.16	0.25	0.25	0.30	0.30
CO2	0	0.16	0.25	0.25	0.30	0.30

①10～20min內(nèi)，N₂的平均反應(yīng)速率可v（N₂）=0.009mol．L^-l．min^-l．
②30min后，只改變某一條件，反應(yīng)重新達到平衡，根據(jù)上表中的數(shù)據(jù)判斷改變的條件可能是AD（填字母）．
A．通入一定量的NO     B．加入一定量的活性炭
C．加入合適的催化劑    D．遁當縮小容器的體積
（3）研究表明，反應(yīng)CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）的平衡常數(shù)隨溫度的變化如表所示：

溫度/℃	400	500	800
平衡常數(shù)K	9.94	9	1

若反應(yīng)在500℃時進行，設(shè)起始時CO和H₂O的濃度均為0.020mol•L^-l，在該條件下達到平衡時，CO的轉(zhuǎn)化率為75%．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)蓋斯定律來寫出碳與水蒸氣反應(yīng)生成一氧化碳和氫氣的熱化學(xué)方程式；根據(jù)反應(yīng)能否自發(fā)進行的判據(jù)來回答；
（2）反應(yīng)前后是氣體體積不變的反應(yīng)，圖表數(shù)據(jù)分析可知一氧化氮，氮氣，二氧化碳濃度都增大，說明改變的條件是縮小體積增大濃度，或加入一氧化氮達到新平衡后個物質(zhì)濃度增大；
（3）到達平衡時轉(zhuǎn)化率最大，令平衡時CO的濃度變化量為cmol/L，根據(jù)三段式法用c表示出平衡時各組分個濃度，再利用平衡常數(shù)列方程，求出c，再利用轉(zhuǎn)化率定義計算．

解答 解：（1）已知①C（s）+H₂O（g）═CO（g）+H₂（g）△H=+131.3kJ•mol^-1
②CO₂（g）+H₂（g）═CO（g）+H₂O（g）△H=+41.3kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律，將①-②可得：C（s）+2H₂O（g）=CO₂（g）+2H₂（g）△H=+90kJ•mol^-1，反應(yīng)的焓變△H＞0，△S＞0，根據(jù)反應(yīng)自發(fā)進行的判據(jù)
△H-TS＜0，所以需要高溫下發(fā)生，
故答案為：C（s）+2H₂O（g）=CO₂（g）+2H₂（g）△H=+90.0 kJ•mol^-1；高溫；
（2）①10～20min內(nèi)，N₂的平均反應(yīng)速率v（N₂）=$\frac{0.25-0.16}{20-10}$mol/（L•min）=0.009 mol/（L•min），
故答案為：0.009 mol/（L•min）；
②30min后，只改變某一條件，反應(yīng)重新達到平衡，圖表數(shù)據(jù)分析可知一氧化氮，氮氣，二氧化碳濃度都增大；
A．通入一定量的NO，反應(yīng)正向進行，達到平衡后一氧化氮、氮氣、二氧化碳濃度增大，故符合；
B．加入一定量的活性炭是固體，對平衡無影響，故不符合；
C．加入合適的催化劑，只能改變化學(xué)反應(yīng)速率，不能改變平衡，濃度不變，故不符合；
D．適當縮小容器的體積，反應(yīng)前后是氣體體積不變的反應(yīng)，平衡不動，但個物質(zhì)濃度增大，符合要求，故符合；
故答案為：AD；
（3）設(shè)CO的濃度變化量為c，三段式法用c表示出平衡時各組分個濃度，
                     CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），
起始（mol/L）：0.02         0.020        0            0
轉(zhuǎn)化（mol/L）：c               c             c          c
平衡（mol/L）：0.02-c      0.02-c       c           c
代入500℃時反應(yīng)平衡常數(shù)有k=$\frac{c（{H}_{2}）c（C{O}_{2}）}{c（CO）c（{H}_{2}O）}$=$\frac{{c}^{2}}{（0.02-c）^{2}}$=9，解得c=0.015，
CO的最大所以轉(zhuǎn)化率為$\frac{0.015}{0.02}$×100%=75%，
故答案為：75%．

點評 本題綜合性較大，涉及化學(xué)反應(yīng)自發(fā)性判斷、化學(xué)平衡常數(shù)、化學(xué)平衡影響因素、等效平衡計算等，題目難度中等．