Question

4．煤化工是以煤為原料，經(jīng)過化學加工使煤轉(zhuǎn)化為氣體、液體、固體燃料以及各種化工產(chǎn)品的工業(yè)過程．
（1）已知：C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO（g）△H=-111kJ•mol^-1  2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-484kJ•mol^-1．請寫出水蒸氣通過紅熱的碳產(chǎn)生水煤氣的熱化學方程式C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）△H=+131kJ•mol^-1．一定溫度下，在一個容積固定的密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng)，下列能判斷該反應(yīng)達到化學平衡狀態(tài)的是abce（填字母編號）．
a．容器中的壓強不變   b．1mol H-H鍵斷裂的同時斷裂2mol H-O鍵
c．v_正（CO）=v_逆（H₂O）   d．c（CO）=c（H₂）     e．容器中混合氣體的密度不再改變
（2）將不同物質(zhì)的量的CO（g）和H₂O（g）分別通入體積為2L的恒容密閉容器中，進行反應(yīng)CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），得到如表中所示的三組數(shù)據(jù)：

實驗組	溫度/℃	起始量/mol		平衡量/mol		達到平衡所需時間/mi n
		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實驗1中以v（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若實驗3要達到與實驗2相同的平衡狀態(tài)（即各物質(zhì)的質(zhì)量分數(shù)分別相等），則a、b應(yīng)滿足的關(guān)系是b=2a，且a＞1（用含a、b的代數(shù)式表示）．
（3）目前工業(yè)上有一種方法是用CO₂來生產(chǎn)甲醇．一定條件下發(fā)生反應(yīng)：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），如圖1表示該反應(yīng)過程中能量的變化．

①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CH₃OH的體積分數(shù)增大的是cde（填字母編號）．
a．升高溫度   b．充入He（g）    c．將H₂O（g）從體系中分離出來   d．再充入1mol CO₂和3mol H₂
e．將該密閉容器改為恒壓密閉容器
②容器中反應(yīng)的逆反應(yīng)速率隨時間變化的關(guān)系如圖2．t₂時改變了某一種條件，改變的條件可能是升高溫度．（任寫一點）

Answer 1

分析 （1）已知：
①C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO（g）△H=-111kJ•mol^-1；
②2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-484kJ•mol^-1；
根據(jù)蓋斯定律①-$\frac{1}{2}$②可得；反應(yīng)達到平衡狀態(tài)時，正逆反應(yīng)速率相等，平衡時各種物質(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，可由此進行判斷；
（2）①根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計算計算v（CO），再利用速率之比等于化學計量數(shù)之比計算v（CO₂）；
②第二組溫度比第一組高，反應(yīng)物物質(zhì)的量比第一組減半，但是平衡時CO₂的物質(zhì)的量比第一組的一半少，表明該反應(yīng)為放熱反應(yīng)；
③使實驗3達到平衡狀態(tài)時各物質(zhì)的體積分數(shù)與實驗2分別相等，為等效平衡，該反應(yīng)為反應(yīng)前后氣體的體積不發(fā)生變化，滿足n（H₂O）：n（CO）=1：2即可；
（3）①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，說明平衡向正反應(yīng)方向移動；
②圖示中t₂時的逆反應(yīng)速率加快，根據(jù)及影響化學反應(yīng)速率的因素判斷改變的條件．

解答 解：（1）①C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO（g）△H=-111kJ•mol^-1；
②2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-484kJ•mol^-1；
根據(jù)蓋斯定律①-$\frac{1}{2}$×②得：C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）△H=+131kJ•mol^-1；
a．反應(yīng)前后氣體的物質(zhì)的量發(fā)生變化，隨反應(yīng)進行氣體的物質(zhì)的量增加，壓強增大，容器中的壓強不變，說明反應(yīng)到達平衡，故正確；
b．l molH-H鍵斷裂的同時斷裂2mol H-O鍵，斷裂2mol H-O鍵同時生成l molH-H鍵，說明反應(yīng)到達平衡，故正確；
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），說明反應(yīng)到達平衡，故正確；
d．根據(jù)反應(yīng)可知，自始至終c（CO）=c（H₂），不能說明反應(yīng)到達平衡，故錯誤；
e．容器的容積不變，隨反應(yīng)進行容器內(nèi)氣體的質(zhì)量增加，所以隨反應(yīng)進行密度增大，容器中氣體的密度不變，說明反應(yīng)到達平衡，故正確；
故答案為：C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）△H=+131kJ•mol^-1；abce；
（2）①v（CO）=$\frac{（4mol-2.4mol）÷2L}{5min}$=0.16mol•（L•min）^-1，速率之比等于化學計量數(shù)之，則v（CO₂）=0.16mol•（L•min）^-1，
故答案為：0.16mol•（L•min）^-1；
②實驗1中CO的轉(zhuǎn)化率為$\frac{4-2.4}{4}$×100%=40%，實驗2中CO的轉(zhuǎn)化率為$\frac{2-1.6}{2}$×100%=20%，則實驗1的轉(zhuǎn)化率大于實驗2，則說明溫度升高平衡向逆反應(yīng)方向移動，正反應(yīng)放熱；
故答案為：吸熱；
③使實驗3達到平衡狀態(tài)時各物質(zhì)的體積分數(shù)與實驗2分別相等，為等效平衡，該反應(yīng)為反應(yīng)前后氣體的體積不發(fā)生變化，滿足n（H₂O）：n（CO）=1：2即可，即b=2a，且a＞1，；
故答案為：b=2a，且a＞1；
（3）①a．根據(jù)圖象知，該反應(yīng)的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動，c（CH₃OH）減小，故a錯誤；
b．充入He（g），使體系壓強增大，由于容器為恒容容器，各組分濃度不變，平衡不移動，c（CH₃OH）不變，故b錯誤；
c．將H₂O（g）從體系中分離出來，平衡正向移動，c（CH₃OH）增大，故c正確；
d．再充入1mol CO₂和3molH₂，平衡正向移動，c（CH₃OH）增大，故d正確；
e．將該密閉容器改為恒壓密閉容器，反應(yīng)是個體積減小的反應(yīng)，則相對于恒容為加壓，正方向移動，c（CH₃OH）增大，故e正確；
故答案為：cde；
②根據(jù)圖象知，t₂時，逆反應(yīng)速率突然增大，原因可能是使用了催化劑、升高了溫度、增大了壓強、增大了生成物的濃度，而后逆反應(yīng)速率減小，平衡逆向移動，則只能是t₂時增大了生成物的濃度或升高了溫度，
故答案為：升高溫度（增大生成物CH₃OH的濃度）．

點評 題考查了反應(yīng)自發(fā)進行的條件、平衡狀態(tài)的判斷、化學反應(yīng)速率的求算、化學平衡常數(shù)的求算、據(jù)K隨溫度的變化判斷反應(yīng)吸熱還是放熱、等效平衡，題目有一定難度．