Question

(8分)(2011·苏北四市调研)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碳即可产生水煤气，反应为：

C(s)＋H₂O(g) CO(g)＋H₂(g)

ΔH＝＋131.3 kJ·mol^－1，

ΔS＝＋133.7 J·(K·mol)^－1

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	CO2
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(H₂)表示的反应速率为_________________________________________。

②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)，右图表示该反应进行过程中能量(单位为kJ·mol^－1)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'②b、c

(2)①0.16 mol·(L·min)－1

②b＝2a，a>1(或使用合适的催化剂)

(3)c、d

【解析】(1)ΔG＝ΔH－T·ΔS<0方可自发进行。容积可变时，a不能说明是平衡状态，c(CO)与c(H2)在整个过程中均相等。

(2)对于等体反应等容等效只要满足给定物质物质的量与初始比值相同即可，而又要求t<3 min，反应速率得比乙快，因而量要多所以a>1。

(3)使甲醇浓度增大，只须平衡右移即可，故选c、d。