Question

13．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）．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．1mol H-H 键断裂的同时断裂2mol H-O 键 
c．混合气体密度不变       
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），得到数据如下：

起始量/mol		平衡量/mol		达到平衡所需时间/min
H2O	CO	H2	CO
2	4	1.6	2.4	5

实验中以v（CO₂） 表示的反应速率为，达平衡时CO 的体积分数为40%．
（3）目前工业上有一种方法是用CO₂来生产甲醇．一定条件下，在体积为1L 的恒容密闭容器中，发生反应：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）．
为了加快反应速率，可采取什么措施（写两条）升温、使用催化剂．

Answer 1

分析 （1）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）根据三行式 CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），
 初起量（mol）：4        2        0       0
 平衡量（mol）：2.4     0.4      1.6     1.6
 变化量（mol）：1.6     1.6      1.6     1.6
根据v（CO₂）=$\frac{\frac{1.6mol}{2L}}{5min}$=0.16mol/（L•min），CO 的体积分数就物质的量分数，由此分析解答；
（3）根据外界条件对化学反应速率的影响，可以通过升温、使用催化剂、增大反应物的浓度来加快化学反应速率．

解答 解：（1）a．反应前后气体的物质的量不等，容器中始终压强不变，说明反应到达平衡，故a正确；
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，反应前后气体质量增大和气体体积增大，密度不变能说明反应到达平衡，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：abc；
（2）根据三行式 CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），
初起量（mol）：4     2         0       0
平衡量（mol）：2.4   0.4      1.6     1.6
变化量（mol）：1.6   1.6      1.6     1.6
根据vv v（CO₂）=$\frac{\frac{1.6mol}{2L}}{5min}$=0.16mol/（L•min），CO 的体积分数为：$\frac{2.4}{2.4+0.4+1.6+1.6}$×100%=40%，
故答案为：0.16mol/（L•min）；40%；
（3）外界条件越强反应速率越快，可以通过升温、使用催化剂、增大反应物的浓度等方法来加快化学反应速率，
故答案为：升温；使用催化剂．

点评 本题考查化学平衡状态的判断、化学反应的速率、平衡时物质的体积分数和外界条件对化学反应速率的影响，综合性强，题目难度中等．