Question

6．煤化工是以煤為原料，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過程．
（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，△S=+133.7J•（K•mol）^-1
①該反應能否自發進行與溫度有關．
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bc（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．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，進行反應CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），得到如下三組數

實驗組	溫度/℃	起始量/mol		平衡量/mol		達到平衡所 需時間/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實驗1中以υ（CO₂）表示的反應速率為0.16mol•（L•min）^-1．
②該反應的逆反應為吸（填“吸”或“放”）熱反應
（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），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）增大的是cd．
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△G=△H-T△S＜0時，反應自發進行；
②反應達到平衡狀態時，同種物質的正、逆反應速率相等，平衡時各組分的物質的量、濃度、含量等不再發生變化，以及由此衍生的其它量不變，選擇判斷的物理量，隨著反應的進行發生變化，當該物理量由變化到定值時，說明可逆反應到達平衡狀態；
（2）①根據v=$\frac{△c}{△t}$計算v（CO），再利用速率之比等于化學計量數之比計算v（CO₂）；
②第2組可以等效為：開始在650℃時加入1molH₂O、2molCO到達平衡，保持溫度不變，再加入1molCO達到平衡，最后再升高溫度到900℃時到達平衡；開始在650℃時加入1molH₂O、2molCO到達平衡，與第1組為等效平衡，轉化率相同，平衡時H₂為0.8mol，保持溫度不變，再加入1molCO達到平衡，平衡正向移動，平衡時H₂物質的量大于0.8mol，升高溫度到900℃時到達平衡，氫氣的物質的量減小，說明升高溫度平衡向逆反應方向移動；
（3）根據圖象知，該反應的正反應是放熱反應，能使c（CH₃OH）增大，說明平衡向正反應方向移動．

解答 解：（1）①該反應△H＞0，△S＞0，△G=△H-T△S＜0時，反應自發進行，故高溫下反應可以自發進行，故答案為：溫度；
②a．在一個容積可變的密閉容器中，容器中壓強始終不變，所以壓強不變不能說明反應到達平衡，故a錯誤；
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，說明反應到達平衡，故b正確；
c．根據反應可知，自始至終v_正（CO）=v_正（H₂O），若v_正（CO）=v_逆（H₂O），則v_正（H₂O）=v_逆（H₂O），說明反應到達平衡，故c正確；
d．根據反應可知，自始至終c（CO）=c（H₂），不能說明反應到達平衡，故d錯誤；
故選：bc；
（2）①v（CO）=$\frac{\frac{4mol-2.4mol}{2L}}{5min}$=0.16mol•（L•min）^-1，速率之比等于化學計量數之，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：開始在650℃時加入1molH₂O、2molCO到達平衡，保持溫度不變，再加入1molCO達到平衡，最后再升高溫度到900℃時到達平衡；開始在650℃時加入1molH₂O、2molCO到達平衡，與第1組為等效平衡，轉化率相同，平衡時H₂為0.8mol，保持溫度不變，再加入1molCO達到平衡，平衡正向移動，平衡時H₂物質的量大于0.8mol，升高溫度到900℃時到達平衡，氫氣的物質的量減小，說明升高溫度平衡向逆反應方向移動，故逆反應為吸熱反應，
故答案為：吸熱；
（3）a．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．
故答案為：cd．

點評 本題考查化學平衡有關計算、平衡狀態判斷、反應自發性等，注意掌握化學平衡常數的應用，難度中等．