Question

【题目】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炭即可产生水煤气。反应为C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)　ΔH＝＋131.3 kJ·mol－1。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)。

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	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中从反应开始至平衡以CO2表示的平均反应速率为v(CO2)＝____________(取小数点后两位，下同)。

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

(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1 mol CO2和3 mol H2，达到平衡后下列措施中能使c(CH3OH)增大的是________(填字母)。

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

【答案】bd0.13 mol·L－1·min－1放0.17cd

【解析】

（1）a项，该反应容器容积可变，随着反应的进行，不论是否达到平衡，容器中的压强始终不变，无法判定反应平衡与否；b项，1molH—H键断裂，为v(正)；断裂2molH—O键，为v(逆)，体现了2v(正)=v(逆)，能判断达到平衡；c项，按物质的量之比为1∶1充入CO和H2，则不论反应是否达到平衡，均有c(CO)＝c(H2)，无法判断反应达到平衡与否；d项，该反应条件为等温等压，当容器的容积不再变化，可以判定反应达到化学平衡状态。

（2）①根据表中信息，先求出v(CO)，再根据速率之比和方程式中各物质前面的化学计量系数成正比，求出v(CO2)。

②根据转化率=变化量/起始量×100%，可求出CO的转化率；根据实验1和实验2中CO的转化率变化规律，可推出该反应的吸放热情况；根据“三段式”可求出该反应的平衡常数。

(3) a项，由于反应物的总能量大于生成物的总能量，正反应为放热反应，升温，平衡逆向移动；b项，充入He(g)，平衡不移动；c项，将H2O(g)从体系中分离出来，减小生成物浓度，平衡正向移动；d项，体积不变，再充入1mol CO2和3 mol H2，相当于增大压强的过程，平衡右移。

(1)该反应容器容积可变，随着反应的进行，不论是否达到平衡，容器中的压强始终不变，故a项不能判断是否达到平衡，a错误；1molH—H键断裂的同时会生成2molH—O键，如果2molH—O键也同时断裂，则表明反应达到平衡状态，b正确；若起始时仅加入反应物，或按物质的量之比为1∶1充入CO和H2，则不论反应是否达到平衡，均有c(CO)＝c(H2)，故c项不能判断反应是否达到平衡，c错误；该反应未达到平衡时，容器的容积会发生变化，如果容器的容积不再变化，则表明反应达到化学平衡状态，d正确；正确选项bd。

(2)①实验1中6min时反应达到平衡，v(CO2)＝v(CO)＝（4-2.4）/(2×6) ＝0.13 mol·L－1·min－1；正确答案：0.13 mol·L－1·min－1 。

②由实验1、2可知，实验1中平衡时CO的转化率为（4-2.4）/4×100%＝40%，实验2中平衡时CO的转化率为(2-1.6)/2×100%＝20%，说明升高温度反应物的转化率降低，即正反应是放热反应；实验2中，CO与H2O均转化了0.4mol，故平衡时H2O为0.6mol，CO为1.6 mol，H2与CO2均为0.4 mol，则平衡常数K＝＝＝0.17；正确答案：放； 0.17。

(3) a项，由于反应物的总能量大于生成物的总能量，正反应为放热反应，升温，平衡逆向移动，c(CH3OH)减小；b项，充入He(g)，各物质浓度不变，平衡不移动，c(CH3OH)不变；c项，将H2O(g)从体系中分离出来，平衡正向移动，c(CH3OH)增大；d项，再充入1 mol CO2和3 mol H2，假设容器扩大一倍，达到平衡再压缩，c(CH3OH)增大；正确选项cd。