Question

3．合成氨需要的原料氣氫氣主要來自水煤氣，水煤氣的主要成分：CO、H₂、CO₂，其中一種制取方法是用熾熱的炭和水蒸氣反應制得．
C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）△H=+131.3kJ/mol
（1）該反應的K值表達式為$\frac{c（CO）•c（{H}_{2}）}{c（{H}_{2}O）}$．
（2）體積不變的條件下，下列措施中有利于提高CO產率的是AB（填字母）．
A．升高溫度            B．降低壓強             C．增加C用量             D．通入H2
（3）某溫度下，四種容器中均進行著上述反應，各容器中炭足量，其它物質的物質的量濃度及正逆反應速率關系如表所示．請填寫表中相應的空格①和②．

容器編號	c（H2O）/mol/L	c（CO）/mol/L	c（H2）/mol/L	V正、V逆比較
Ⅰ	0.06	0.60	0.10	V正=V逆
Ⅱ	0.06	0.50	0.40	①
Ⅲ	0.12	0.40	0.80	V正＜V逆
Ⅳ	0.12	0.30	②	V正=V逆

（4）另有一個容積可變的密閉容器．恒溫恒壓下，向其中加入1.0mol炭和1.0mol水蒸氣（H₂¹⁶O），發生上述反應，達到平衡時，容器的體積變為原來的1.25倍．平衡時水蒸氣的轉化率為25%；向該容器中補充amol炭，水蒸氣的轉化率將不變（填“增大”、“減小”、“不變”），再補充amol水蒸氣（H₂¹⁸O），最終容器中C¹⁶O和C¹⁸O的物質的量之比為1：a．
（5）已知：C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO（g）；△H=-110.5kJ/mol
CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）；△H=-283.0kJ/mol
H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（g）；△H=-241.8kJ/mol
那么，將2.4g炭完全轉化為水蒸氣，然后再燃燒，整個過程△H=-78.7kJ/mol．

Answer 1

分析 （1）平衡常數為生成物、反應物濃度冪之積的比值，結合方程式列式；
（2）提高CO產率，應使平衡正向移動；
（3）由反應Ⅰ達到平衡狀態，可求出反應的平衡常數，根據平衡常數計算并判斷反應的進行方向；
（4）根據反應方程式利用三段式法計算，轉化的水蒸汽為x，根據體積之比等于物質的量之比計算；
（5）根據2.4gC與水反應生成的CO和H₂的物質的量，利用熱化學方程式計算．

解答 解：（1）反應C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）中，C為固體，則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．正反應為吸熱反應，則升高溫度，平衡正向移動，CO的產率增大，故A正確；            
B．降低壓強，平衡正向移動，CO的產率增大，故B正確；
C．增加固體的用量平衡不移動，故C錯誤；
D．通入H₂平衡逆向移動，故D錯誤．
故答案為：AB；
（3）由反應Ⅰ達到平衡狀態可知，反應的平衡常數K=$\frac{0.1×0.60}{0.06}$=1，
反應Ⅱ中Qc=$\frac{0.4×0.5}{0.06}$=3.33＞1，則反應向逆反應方向移動，即V_正＜V_逆，
反應Ⅳ中V_正=V_逆，說明反應達平衡狀態，則有$\frac{0.3×c（{H}_{2}）}{0.12}=1$，c（H₂）=0.4mol/L，
故答案為：①V正＜V逆；②0.40；
（4）根據反應方程式利用三段式法計算，轉化的水蒸汽為x，根據體積之比等于物質的量之比計算，
      C （s）+H₂¹⁶O（g） C¹⁶O （g）+H₂ （g）
起始：1mol               0                   0
轉化：x                     x                        x
平衡：1-x                 x                       x       
  則有：$\frac{（1-x）+x+x}{1}=1.25$，x=0.25mol，所以轉化率為$\frac{0.25}{1}×\;100%$=25%，
增加固體的對反應速率和化學平衡都沒有影響，水蒸氣的轉化率不變，
恒溫恒壓下，再補充 a mol 水蒸氣 （H₂¹⁸O），平衡狀態不變，為等效平衡，水的轉化率相等，則有生成的C¹⁸O 的物質的量為a×25%=0.25a，
所以達平衡時C¹⁶O和C¹⁸O 的物質的量之比為0.25：0.25a=1：a，
故答案為：25%；不變；1：a；
（5）n（C）=$\frac{2.4g}{12g/mol}$=0.2mol，與水反應生成0.2molCO和0.2molH₂，反應吸收的熱量為0.2mol×131.3KJ/mol=26.26KJ，
0.2molCO完全燃燒放出的熱量為0.2mol×283KJ/mol=56.6KJ，
0.2molH₂完全燃燒放出的熱量為0.2mol×241.8KJ/mol=48.36KJ，
所以將2.4g 炭完全轉化為水煤氣，然后再燃燒，整個過程放出的熱量為56.6KJ+48.36KJ-26.26KJ=78.7KJ，
整個過程△H=-78.7kJ•mol^-1，
故答案為：-78.7．

點評 本題考查化學平衡的有關計算，為高頻考點，側重于學生的分析能力和計算能力的考查，本題難度不大，做題時注意平衡常數的計算和應用．