Question

15．以煤為原料，經過化學加工使煤轉化為氣體、液體、固體燃料以及各種化工產品的工業叫煤化工．
（1）將水蒸氣通過紅熱的碳即可產生水煤氣．反應為：C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）△H=+131.3kJ/mol
①該反應在高溫下能自發進行的原因是△S＞0
②一定溫度下，在一個容積可變的密閉容器中，發生上述反應，下列能判斷該反應達到化學平衡狀態的是BDF（填字母，下同）．
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 （CO）=V （H₂）D．密閉容器的容積不再改變
E．消耗1mol 水的同時生成1mol H₂  F．容器的密度不變
③該反應的平衡常數的表達式K=$\frac{c（CO）c（{H}_{2}）}{c（{H}_{2}O）}$．
（2）水煤氣再進一步反應可制取氫氣．反應為H₂O（g）+CO（g）?H₂（g）+CO₂（g），某溫度下該反應的逆反應平衡常數K=$\frac{4}{9}$．該溫度下在甲、乙、丙三個恒容密閉容器中，只投入H₂（g）和CO₂（g），其起始濃度如下表所示．下列判斷不正確的是B．

起始 濃度	甲	乙	丙
c（H2）/mol/L	0.010	0.020	0.020
c（CO2）/mol/L	0.010	0.010	0.020

A．反應開始時，丙中的反應速率最快，甲中的反應速率最慢
B．平衡時，甲中和丙中H₂的轉化率不等
C．平衡時，丙中c（CO₂）是甲中的2 倍
D．平衡時，乙中CO₂的轉化率大于60%
（3）目前工業上有一種方法是用CO₂來生產甲醇．一定條件下發生反應：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），如圖表示該反應進行過程中能量（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）減小的是A．
A．升高溫度                 　
B．充入He（g），使體系壓強增大
C．將H₂O（g）從體系中分離出來 
D．再充入1mol CO₂ 和3mol H₂．

Answer 1

分析 （1）①在高溫下能自發進行，根據△G=△H-T△S＜0判斷；
②結合平衡的特征“等、定”及衍生的物理量判斷，始終不變的量不能判定平衡狀態；
③K是生成物的濃度冪與反應物濃度冪之積的比；
（2）A．丙中濃度最大，甲中濃度最小，濃度越大，反應速率越大；
B． 以甲計算：
     H₂O（g）+CO（g）?H₂（g）+CO₂（g）
起始：0          0          0.010        0.010
轉化：x           x            x              x
平衡：x            x       0.01-x       0.01-x
則$\frac{（0.01-x）^{2}}{{x}^{2}}$=$\frac{4}{9}$，
x=0.006，結合等效平衡狀態計算；
C．由B計算可知，平衡時，丙中的c（CO₂）是甲中的2倍；
D．乙與甲相比較，相當于在甲的基礎上通入H₂，則平衡向逆反應方向移動；
（3）A．該反應為放熱反應，升高溫度，平衡逆向移動；
B．充入He（g），使體系壓強增大，但各組分的濃度不變；
C．將H₂O（g）從體系中分離出來，生成物濃度減小；
D．再充入1mol CO₂ 和3mol H₂，兩邊的氣體計量數相等，所以平衡時各組分的物質的量是原來的2倍．

解答 解：（1）①在高溫下能自發進行，根據△G=△H-T△S＜0，而該反應中△H＞0，所以△S＞0，故答案為：△S＞0；
②A．在一個容積可變的密閉容器，容器中的壓強始終不變，故A錯誤；
B．1mol H-H 鍵斷裂等效于生成2mol H-O 鍵同時斷裂2mol H-O 鍵，正逆反應速率相等，故B正確；
C．V （CO）=V （H₂）只要反應發生就符合V （CO）=V （H₂），故C錯誤；
D．密閉容器的容積不再改變，說明氣體的物質的量不變，達平衡狀態，故D正確；
E．消耗1mol 水的同時生成1mol H₂，都反應的是正反應方向，故E錯誤；
F．容器的密度不變，說明氣體的摩爾質量不變，反應達平衡狀態，故F正確；
故答案為：BDF；
③平衡常數是生成物的濃度冪與反應物濃度冪之積的比，平衡常數的表達式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）A．丙中濃度最大，甲中濃度最小，濃度越大，反應速率越大，則反應開始時，丙中的反應速率最快，甲中的反應最慢，故A正確；
B． 以甲計算：
     H₂O（g）+CO（g）?H₂（g）+CO₂（g）
起始：0          0          0.010        0.010
轉化：x           x            x              x
平衡：x            x       0.01-x       0.01-x
則$\frac{（0.01-x）^{2}}{{x}^{2}}$=$\frac{4}{9}$，
x=0.006，則平衡時甲中的H₂的轉化率均是$\frac{0.006}{0.01}$×100%=60%，由于甲和丙的氣體的比值相同，為等效平衡狀態，則丙中H₂的轉化率也為60%，故B錯誤；
C．由B計算可知，平衡時，丙中的c（CO₂）是甲中的2倍，應為2×（0.01-0.006）mol/L=0.008mol/L，故C正確；
D．乙與甲相比較，相當于在甲的基礎上通入H₂，則平衡向逆反應方向移動，平衡時，乙中的CO₂的轉化率大于60%，故D正確．
故答案為：B；
（3）A．升高溫度，平衡逆向移動，能使c（CH₃OH）減小，故A正確；
B．充入He（g），使體系壓強增大，但各組分的濃度不變，平衡不移動，故B錯誤；
C．將H₂O（g）從體系中分離出來，平衡正向移動，故C錯誤；
D．再充入1mol CO₂ 和3mol H₂，兩邊的氣體計量數相等，所以平衡時各組分的物質的量是原來的2倍，所以濃度不變，故D錯誤；
故答案為：A．

點評 本題考查化學平衡的計算，為高頻考點，把握K的意義、化學平衡移動為解答的關鍵，側重分析與應用能力的考查，注意平衡常數表達式中不能出現固體，題目難度不大．