Question

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叫煤化工

(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。

①该反应在常温下____________自发进行（填“能”与“不能”）；

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．c(CO)=c(H₂)         d．密闭容器的容积不再改变

(2)将不同量的CO(g)和H₂O(g)分别通入到体积为2L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	6
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________________ 。（取小数二位，下同）

②该反应为 _____（填“吸”或“放”）热反应，实验2条件下平衡常数K=________。

③若实验3达平衡时与实验2平衡状态中各物质的质量分数分别相等，且t＜3min，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^-1)的变化。在体积为1 L的恒容密闭容器中，充入1mol CO₂和3mol 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1mol CO₂和3mol H₂

Answer

不能 b d 0.13mol•(L•min)-1 放 K=0.17 b=2a，a＞1 c、d

【解析】

（1）①对于反应C(s)＋H2O(g) CO(g)＋H2(g) ΔH=＋131.3 kJ•mol-1，ΔH＞0，ΔS＞0，根据ΔG=ΔH-TΔS＜0反应能自发进行，可知在高温条件下反应能自发进行，常温下不能自发进行；答案为：不能；

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，根据“正逆相等，变量不变”可判断一个可逆反应是否达到化学平衡状态；

a．因为容器的容积可变，说明是恒压条件，故容器中的压强不变不能说明反应达到平衡，a错误；

b．1 mol H—H键断裂表示逆反应， 2 mol H—O键断裂表示正反应，且正逆反应速率相等，说明反应达到平衡，b正确；

c．c(CO)=c(H2)并不能说明正逆反应速率相等或各组分的百分含量不变，不能说明反应达到平衡，c错误；

d．因为该反应是一个气体物质的量增加的反应，由于容器的容积可变，随反应进行，容器的容积增大，故当容器的容积不变时说明反应达到平衡，d正确；

故选bd；

（2）①根据CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)，结合表中数据，平衡时消耗的CO的物质的量为1.6mol，则生成的CO2的物质的量为1.6mol，CO2的浓度变化为0.8 mol/L，根据可得(CO2)=；

②根据表中1、2两组实验数据，假设温度相同，实验2相对于实验1为减小压强，因为该反应反应前后气体物质的量不变，则两平衡等效，平衡时H2的物质的量应该为0.8mol,但由于温度升高，H2的物质的量为0.4mol，说明升温平衡逆向移动，则该反应为放热反应；容器的容积为2L，结合表中实验2的数据，利用三段式：

则=；

③实验3与实验2反应温度相同，若平衡状态中各物质的质量分数分别相等，则为等效平衡，则a、b应满足的关系是a:b=1:2，即b=2a，若t＜3min，说明实验3容器内压强大于实验2，则a＞1（或b＞2）；

答案为：①放 ②0.17 ③b=2a，a＞1；

（3）根据图象可知CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)为放热反应，在体积为1 L的恒容密闭容器中，充入1mol CO2和3mol H2，

a．升高温度，平衡逆向移动，c(CH3OH)减小，a错误；

b．充入He(g)，使体系压强增大，平衡不移动，c(CH3OH)不变，b错误；

c．将H2O(g)从体系中分离出来，平衡逆向移动，c(CH3OH)增大，c正确；

d．再充入1mol CO2和3mol H2，等效成增大压强，平衡正向移动，c(CH3OH)增大，d正确；

故选cd。