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，下同）
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．υ_正（CO）=υ_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），得到如下三组数

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	2	0.4	1.6	3
3	900	a	b	c	d	t

①实验1中以υ（CO₂） 表示的反应速率为0.16mol/（L．min）．
②该反应的逆反应为吸（填“吸”或“放”）热反应
（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1L的恒容密闭容器中，充入1mol CO₂和3mol H₂，下列措施中能使c （CH₃OH）增大的是cd．
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1mol CO₂和3mol H₂．

Answer 1

分析 （1）①根据△G=△H-T△S判断，△G＜0，反应自发进行；
②根据化学平衡状态的特征解答，当反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度、百分含量不变，以及由此衍生的一些量也不发生变化，解题时要注意，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由表中数据可知，CO的物质的量变化量为4mol-2.4mol=1.6mol，根据v=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$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第二组温度比第一组高，反应物物质的量比第一组减半，但是平衡时CO₂的物质的量比第一组的一半少，表明该反应为放热反应
（3）要使c（CH₃OH）增大，平衡正向移动．

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，298℃时，△H=+131.3kJ•mol^-1△S=+133.7J•mol^-1•K^-1，△G=△H-T△S=+131.3kJ•mol^-1-（298+273）K×（+133.7×10^-3KJ•mol^-1）•K^-1=54.96KJ/mol＞0，说明反应非自发进行；
故答案为：温度；
②a．一定温度下，在一个容积可变的密闭容器中发生上述反应，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，保持恒压，容器中的压强始终不变，不能说明反应到达平衡，故a错误；
b．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b正确．
c．反应速率之比等于化学方程式计量数之比，v_正（CO）=v_逆（H₂O），说明水的正反应速率和逆反应速率相同，反应达到平衡状态，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）①由表中数据可知，CO的物质的量变化量为4mol-2.4mol=1.6mol，v（CO）=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$=$\frac{\frac{1.6mol}{2L}}{5min}$=0.16mol/L•min，速率之比等于化学计量数之比，故v（CO₂）=v（CO）=0.16mol/（L•min）=0.16mol/（L•min），
故答案为：0.16mol/（L•min）；
②实验1中CO的转化率为$\frac{4mol-2.4mol}{4mol}$×100%=40%，实验2中CO的转化率为$\frac{2mol-1.6mol}{2mol}$×100%=20%，则实验1的转化率大于实验2，则说明温度升高平衡向逆反应方向移动，正反应放热，逆反应是吸热反应；
故答案为：吸；
（3）a．升高温度，平衡逆向，故不选；
b．充入He（g），使体系压强增大，反应物的浓度不变，平衡不移动，故不选；
c．将H₂O（g）从体系中分离出来，平衡正向移动，故选；
d．再充入1mol CO₂和3mol H₂，相当于增大压强，平衡正向移动，故选；
故答案为：cd．

点评 本题考查化学平衡状态判断、反应的自发以及化学平衡移动等问题，为高频考点，把握影响因素及平衡特征为解答的关键，侧重分析与应用能力的考查，题目难度不大．