Question

煤化工是以煤为原料，经过化学加工使煤转化为气体、液体、固体燃料的过程。水煤气生产原理为：C(s)+H₂O(g)CO(g)+H₂(g)-131.3kJ。

(1)该反应的平衡常数K的表达式__；温度升高，K值__(填“变大”、“不变”或“变小”)。

(2)一定温度下，在一个容积不变的密闭容器中进行水煤气的生产反应，下列能判断该反应达到化学平衡状态的是__。

A．容器内压强不变      B．容器内气体密度不变

C．v(CO)=v(H₂O)          D．c(CO)=c(H₂)

(3)如反应的容器容积为1.0L，反应时间为5.0min，容器内气体密度增大了0.12g/L，在这段时间内CO的平均反应速率为__。

(4)研究表明：在使用等质量催化剂时，增大催化剂的表面积可提高化学反应速率，为了分别验证温度，催化剂的表面积对化学反应速率的影响规律，至少应该设计__个实验。

Answer

K= 变大 AB 0.002mol/（L·min） 3

【解析】

(1)依据平衡常数概念是用生成物平衡浓度的幂次方乘积除以反应物平衡浓度的幂次方乘积计算；平衡常数随温度变化；

(2)化学平衡的标志是正逆反应速率相同，各成分的百分比保持不变；结合反应特征和平衡移动原理分析判断；

(3)依据反应过程中固体反应是气体质量增加的原因，结合化学方程式的差量计算得到反应气体物质的量，根据化学反应速率计算得到；

(4)根据实验目的验证温度、催化剂比表面积对化学反应速率的影响规律，则应保证浓度相同，然后相同温度时比较催化剂比表面积，相同催化剂比表面积时比较温度，然后利用影响化学反应速率及化学平衡的因素来分析。

(1)化学平衡常数是用生成物平衡浓度的幂次方乘积除以反应物平衡浓度的幂次方乘积计算，所以或，反应是吸热反应，升温，反应正向进行，平衡常数增大；
(2)一定温度下，在一个容积不变的密闭容器中进行水煤气生产反应，C(s)+H2O(g)⇌CO(g)+H2(g)-131.3kJ。
A．反应前后气体体积发生变化，所以容器内压强不变，说明各物质的物质的量不变，说明反应达到平衡，A正确；
B．容器中气体密度等于气体质量除以气体体积，反应中碳是固体，只要反应进行，气体质量就会发生改变，所以容器内气体密度不变，说明反应达到平衡，B正确；
C．υ(CO)=υ(H2O)，无法得知其表示的是正反应速率还是逆反应速率，无法说明达到平衡状态，C错误；
D、根据化学方程式，生成的CO和H2时刻相等，则所以不管是在反应过程中和在平衡状态下，均有c(CO)=c(H2)，不能说明反应达到平衡，D错误。
答案选AB。
(3)由容积为1.0L，反应时间5.0min，容器内气体的密度增大了0.12g/L，则增加的质量为1.0L×0.12g/L=0.12g，由反应及元素守恒可知，C(s)+H2O (g)⇌CO(g)+H2(g)，每生成1mol CO反应气体质量增加12g，现增加了0.12g，则有0.01molCO生成，；

(4)探究不同的因素对化学反应速率的影响的时候，使用控制变量法。验证温度对化学反应速率的影响规律，则催化剂的表面积等其他因素相同，温度不同，需要一组对照试验，共2个实验；

验证催化剂的表面积对化学反应速率的影响规律，则温度等其他因素相同，催化剂的表面积不同，需要一组对照试验，共2个实验；
但是可以使用同一个对照试验，可以减少1个实验，因此最少应该设计2+2-1=3个实验。