Question

（2011?湖南模拟）煤化工是以煤为原料，经过化学加工使煤转化为气体、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）△H=+131.3kJ/mol
①该反应能否自发进行与

温度

有关；
②在一定温度下，在一个容积不变的密闭容器中发生上述反应，下列能判断该反应已达化学平衡状态的是

ABD

；
A．容器中的压强不变    B．容器中气体的密度不变
C．c（CO）=c（H₂）    D．1 molH-H键断裂的同时断裂2mol H-O键
③在恒容密闭容器中加入1mol C（s）和1mol H₂O（g），一定温度下充分反应达到平衡，吸收热量akJ，则a=

＜

131.3（填“＞”、“＜”或“=”）；若开始时加入的是2mol C（s）和1mol H₂O（g），充分反应达到平衡，吸收热量为b kJ，则b

=

a（填“＞”、“＜”或“=”）．
（2）将一定的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）

实验组	温度/℃	起始量/mol		平衡量/mol		达到平衡所需时间/min
		CO	H2O	H2	CO2
1	650	4	2	1.6	1.6	5
2	830	1	4	0.8	0.8	3
3	830	a	b	c	d	t

①实验1中的v（H₂）表示的反应速率为

0.16mol/（L?min）

．
②830℃时，向容器中充入2mol CO和10mol H₂O（g），反应达到平衡后，CO的转化率为

83.33%

．
③若实验3要达到与实验2相似的平衡状态（即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

b=4a，a＞1（或使用催化剂）

（用含a、b的数学式表示）

Answer 1

分析：（1）①根据△G=△H-T△S判断，△G＜0，反应自发进行．
②反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，平衡时各种物质的物质的量、浓度、含量等不再发生变化，以及由此衍生的其它量不变，可由此进行判断．
③可逆反应存在反应限度，反应物不能完全转化；
增大固体C的用量，平衡不移动，不影响反应热．
（2）①根据v=

△c

△t

计算v（H₂）．
②温度相同，平衡常数相同，根据实验2计算830℃平衡常数，由于各气体的化学计量数都为1，故可以用物质的量代替浓度计算；令参加反应的CO的物质的量为nmol，利用平衡常数求出n的值，再根据转化率定义计算．
③反应前后气体体积不变，实验2相似的平衡状态（即各物质的质量分数分别相等），为等效平衡，满足CO（g）与H₂O（g）的物质的量为1：4，由于到达平衡时间t＜3min，物质的量应比实验2大或使用催化剂．

解答：解：（1）①由热化学反应方程式可知，反应为焓增，熵增过程，即△H＞0、△S＞0，△G=△H-T△S＜0反应自发进行，所以该反应自发进行，受温度影响．
故答案为：温度．
②A．反应前后气体的物质的量发生变化，随反应进行气体的物质的量增加，压强增大，容器中的压强不变，说明反应到达平衡，故A正确；
 B．容器的容积不变，随反应进行容器内气体的质量增加，所以随反应进行密度增大，容器中气体的密度不变，说明反应到达平衡，故B正确；
C．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C错误；
D．1 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D正确．
故选：ABD．
③C（s）+H₂O（g）═CO（g）+H₂（g）△H=+131.3kJ/mol，表示1molC（s）与1molH₂O（g）反应生成1molCO（g）与1molH₂（g）吸收的热量为131.3kJ．可逆反应存在反应限度，反应物不能完全转化，所以a＜131.3kJ．
增大固体C的用量，水蒸气的物质的量未变，平衡不移动，不影响反应热，故a=b．
故答案为：＜；=．
（2）①由表可知5min内，氢气的物质的量变化量为1.6mol，容器体积为2L，所以H₂表示的反应速率v（H₂）=

1.6mol 2L

5min

=0.16mol/（L?min）．
故答案为：0.16mol/（L?min）．
②由实验2可知，平衡时CO₂、H₂的物质的量分别为0.8mol、0.8mol．
对于反应     CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
开始（mol）：1       4         0       0
变化（mol）：0.8     0.8       0.8     0.8
平衡（mol）：0.2     3.2       0.8     0.8
所以算830℃平衡常数k=

c(CO2)?c(H2)

c(CO)?c(H2O)

=

0.8×0.8

0.2×3.2

=1
令参加反应的CO的物质的量为nmol，则
对于反应    CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
开始（mol）：2      10        0       0
变化（mol）：n       n        n      n
平衡（mol）：2-n    10-n      n      n
所以

n×n

(2-n)×(10-n)

=1，解得n=

5

3

所以CO的转化率为

5 3 mol

2mol

×100%=83.33%．
故答案为：83.33%．
③反应前后气体体积不变，实验2相似的平衡状态（即各物质的质量分数分别相等），为等效平衡，满足CO（g）与H₂O（g）的物质的量为1：4，即a：b=1：4，b=4a，由于到达平衡时间t＜3min，所以速率较实验2快，故a＞1（或使用催化剂）．
故答案为：b=4a，a＞1（或使用催化剂）．

点评：考查反应热、反应速率计算、平衡状态判断、等效平衡、平衡常数等，综合性较大，难度中等，注意三段式解题法的运用．