Question

（12分）煤化工是以煤为原料，经过化学加工使煤转化为气体、液体、固体燃料以及各种化工产品的工业过程。

(1)将水蒸气通过红热的炭即可产生水煤气。反应为：

C(s)＋H₂O(g)  CO(g)＋H₂(g)　ΔH＝＋131.3 kJ/mol，ΔS＝＋133.7 J/(K·mol)。

①该反应能否自发进行与________________有关。

②一定温度下，在一个容积可变的密闭容器中，发生上述反应，下列能判断该反应达到化学平衡状态的是________(填字母，下同)。

a．容器中的压强不变

b．1 mol H—H键断裂的同时断裂2 mol H—O键

c．v_正(CO)＝v_逆(H₂O)

d．c(CO)＝c(H₂)

(2)将不同量的CO(g)和H₂O(g)分别通入到体积为2 L的恒容密闭容器中，进行反应CO(g)＋H₂O(g)  CO₂(g)＋H₂(g)，得到如下三组数据：

实 验 组	温 度 /℃	起始量/mol	平衡量/mol	达到平衡所需时间/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实验1中以v(CO₂)表示的反应速率为__________。

②该反应的逆反应为________(填“吸”或“放”)热反应。

③若实验3要达到与实验2相同的平衡状态(即各物质的质量分数分别相等)，且t<3 min，则a、b应满足的关系是____________________(用含a、b的数学式表示)。

(3)目前工业上有一种方法是用CO₂来生产甲醇。一定条件下发生反应：CO₂(g)+3H₂(g)  CH₃OH(g)+H₂O(g)，如图表示该反应进行过程中能量(单位为kJ/mol)的变化。在体积为1 L的恒容密闭容器中，充入1 mol CO₂和3 mol H₂，下列措施中能使 c(CH₃OH)增大的是　　　 。

a．升高温度                      b．充入He(g)，使体系压强增大

c．将H₂O(g)从体系中分离出来      d．再充入1 mol CO₂和3 mol H₂

Answer

(1)①温度 ②bc  

(2)①0.16 mol/(L·min) ②吸 ③b＝2a，a>1(或使用合适的催化剂) 

(3)cd

【解析】(1)①利用判据：△H-T△S＜0，得：与温度有关

         ②容积可变的密闭容器，则无论是否达平衡，压强不变，故a错误

1 mol H—H键断裂，表示v逆(H2)，断裂2 mol H—O键，表示v正(H2O)，且两者相等，故b正确，c正确，有方程式的化学计量系数，知：无论是否达平衡，c(CO)＝c(H2)，故d错误；

（2）①      CO(g)＋H2O(g)  CO2(g)＋H2(g)

C0      2      1             0      0

△C     0.8    0.8           0.8     0.8

C（平衡）1.2     0.2           0.8      0.8

实验1中以v(CO2)= △C(CO2)/ △t=0.8 mol.L-1/5 min=0.16 mol/(L·min)

并计算，得：K(650℃) =(0.8×0.8)/(1.2×0.2)=2.67

②          CO(g)＋H2O(g)  CO2(g)＋H2(g)

C0      1      0.5             0      0

△C     0.2    0.2           0.2     0.2

C（平衡）0.8     0.3           0.2      0.2

同理：计算，得K(900℃) =0.17

说明：升温，K值减小，平衡左移，则逆向为吸热的

③等温、等容下的等效平衡（且压强不影响该平衡移动），即：a:b=1:2，t<3 min，，即增大反应速率，所以：a>1(或使用合适的催化剂)

（3）能使 c(CH3OH)增大，即平衡右移。

由图像，知：正向为放热的，而升温，平衡左移，故a错误，

充入He(g)，与该反应无关，故b错误，

将H2O(g)从体系中分离出来，平衡右移，故c正确，

再充入1 mol CO2和3 mol H2，增大反应物浓度，平衡右移，故d正确，