Question

18．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）△H=+131.3kJ•mol^-1，△S=+133.7J•（K•mol）^-1
①该反应能否自发进行与温度 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bc（填字母）．
a．容器中的压强不变        b．1mol H-H键断裂的同时断裂2molH-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2L的恒容密闭容器中，进行反应CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），得到如表三组数据：

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	3	0.75	2.25	3
3	900	2	4	x	y	t

①实验1中以v（CO₂） 表示的反应速率为0.16mol•（L•min）^-1．
②该反应的逆反应为吸热（填“吸”或“放”）热反应
③该反应平衡常数的数学表达式为$\frac{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$表中x=$\frac{4}{3}$； y=$\frac{8}{3}$．

Answer 1

分析 （1）①△G=△H-T△S＜0时，反应自发进行；
②反应达到平衡状态时，同种物质的正、逆反应速率相等，平衡时各组分的物质的量、浓度、含量等不再发生变化，以及由此衍生的其它量不变，选择判断的物理量，随着反应的进行发生变化，当该物理量由变化到定值时，说明可逆反应到达平衡状态；
（2）①根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（CO），再利用速率之比等于化学计量数之比计算v（CO₂）；
②第2组可以等效为：开始在650℃时加入1molH₂O、2molCO到达平衡，保持温度不变，再加入1molCO达到平衡，最后再升高温度到900℃时到达平衡；
开始在650℃时加入1molH₂O、2molCO到达平衡，与第1组为等效平衡，转化率相同，平衡时H₂为0.8mol，保持温度不变，再加入1molCO达到平衡，平衡正向移动，平衡时H₂物质的量大于0.8mol，升高温度到900℃时到达平衡，氢气的物质的量减小，说明升高温度平衡向逆反应方向移动；
③平衡常数表达式K=$\frac{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$，根据第2组实验计算平衡时各组分物质的量，反应前后气体的化学计量数不变，用物质的量代替浓度代入平衡常数表达式计算900℃平衡常数，用平衡时氢气的物质的量表示出其物质平衡时的物质的量，结合平衡常数列方程计算解答．

解答 解：（1）①该反应△H＞0，△S＞0，△G=△H-T△S＜0时，反应自发进行，故高温下反应可以自发进行，故答案为：温度；
②a．反应前后气体的物质的量不发生变化，容器中始终压强不变，不能说明反应到达平衡，故a错误；
b．l molH-H键断裂的同时断裂2mol H-O键，断裂2mol H-O键同时生成l molH-H键，说明反应到达平衡，故b正确；
c．根据反应可知，自始至终v_正（CO）=v_正（H₂O），若v_正（CO）=v_逆（H₂O），则v_正（H₂O）=v_逆（H₂O），说明反应到达平衡，故c正确；
d．根据反应可知，自始至终c（CO）=c（H₂），不能说明反应到达平衡，故d错误；
故选：bc；
（2）①v（CO）=$\frac{\frac{4mol-2.4mol}{2L}}{5min}$=0.16mol•（L•min）^-1，速率之比等于化学计量数之，则v（CO₂）=0.16mol•（L•min）^-1，
故答案为：0.16mol•（L•min）^-1；
②第2组可以等效为：开始在650℃时加入1molH₂O、2molCO到达平衡，保持温度不变，再加入1molCO达到平衡，最后再升高温度到900℃时到达平衡；
开始在650℃时加入1molH₂O、2molCO到达平衡，与第1组为等效平衡，转化率相同，平衡时H₂为0.8mol，保持温度不变，再加入1molCO达到平衡，平衡正向移动，平衡时H₂物质的量大于0.8mol，升高温度到900℃时到达平衡，氢气的物质的量减小，说明升高温度平衡向逆反应方向移动，故逆反应为吸热反应，
故答案为：吸热；
③平衡常数表达式K=$\frac{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$，
           CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
开始（mol）：1      3        0        0
转化（mol）：0.75   0.75     0.75     0.75
平衡（mol）：0.25   2.25     0.75     0.75
反应前后气体的化学计量数不变，用物质的量代替浓度计算平衡常数，故900℃平衡常数K=$\frac{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$=$\frac{0.75×0.75}{0.25×2.25}$=1，
          CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
开始（mol）：2     4         0       0
转化（mol）：x     x         x       x
平衡（mol）：2-x   4-x       x       x
故$\frac{x×x}{（2-x）×（4-x）}$=1，解得x=$\frac{4}{3}$，
故y=4-x=$\frac{8}{3}$，
故答案为：$\frac{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$；$\frac{4}{3}$；$\frac{8}{3}$．

点评 本题考查化学平衡有关计算、平衡状态判断、反应自发性等，注意掌握化学平衡常数的应用，难度中等．