Question

煤化工是以煤為原料，經(jīng)過化學加工使煤轉(zhuǎn)化為氣體、液體、固體燃料以及各種化工產(chǎn)品的工業(yè)過程。

(1)將水蒸氣通過紅熱的炭即可產(chǎn)生水煤氣。反應為：C(s)+H₂O(g)CO(g)+H₂ (g)  △H = + 131.3 kJ • mol^﹣1， △S = +133.7 J∙K^﹣1•mol^﹣1

①該反應能否自發(fā)進行與___________有關。

②一定溫度下，在一個容積可變的密閉容器中， 發(fā)生上述反應，下列能判斷該反應達到化學平衡狀態(tài)的是___________(填字母)。

a.容器中的壓強不變

b.1 mol H—H鍵斷裂的同時斷裂2 mol H—O鍵

c.v_正(CO)=v_逆(H₂O)

d.c(CO)=c(H₂)

(2)將不同量的CO(g)和H₂O(g)分別通入到體積為2L的恒容密閉容器中，進行反應CO(g)+H₂OCO₂(g)+H₂ (g)，得到如下三組數(shù)據(jù)：

實驗組	溫度/℃	起始量/mol	平衡量/mol	達到平衡所需時間/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實驗1中以v(CO₂)表示的反應速率為__________。

②該反應的逆反應為__________(填”吸”或”放”)熱反應。

③若使實驗3達到與實驗2相同的平衡狀態(tài)(即各物質(zhì)的質(zhì)量分數(shù)分別相等)，且t＜3min， 則a、b應滿足的關系是______________(用含a、b的數(shù)學式表示)。

(3)目前工業(yè)上有一種方法是用CO₂來生產(chǎn)甲醇。一定條件下發(fā)生反應：

CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH(g)+ H₂O(g)，如圖表示該反應進行過程中能量(單位為kJ • mol^﹣1)的變化。在體積為1 L的恒容密閉容器中，充入1 mol CO₂和3 mol H₂ ，下列措施中能使c(CH₃OH)增大的是__________。

a.升高溫度

b.充入He(g)，使體系壓強增大

c.將H₂O(g)從體系中分離出來

d.再充入1 mol CO₂和3 mol H₂

Answer 1

【答案】(1)①溫度      ②bc   (2)①0.16 mol • L^﹣1 • min^﹣1   ②吸  ③b=2a且a＞1(或使用合適的催化劑) (3)cd

【解析】(1)一個反應能否自發(fā)進行，可以根據(jù)△H-T△S的數(shù)值大小來判斷，反應是否達到平衡，判斷的標志是v(正)=v(逆)， 或間接判斷v(正)=v(逆)，該反應為壓強前后不變的反應，不能根據(jù)壓強來判斷反應是否達到平衡，H—H鍵斷裂和H—O 鍵斷裂分別為v(正)和v(逆)，且相等，同理v_正(CO)= v_逆(H₂O)也可判斷v(正)和v(逆)，可以作為反應達到平衡的標志。(2)實驗2物質(zhì)的起始量為實驗1的一半，若不改變溫度，達到平衡后，實驗2中物質(zhì)的平衡量應該也為實驗1的一半，升高溫度，物質(zhì)的平衡量小于實驗1的一半，說明反應向逆向進行，逆反應為吸熱反應。要使實驗3達到與實驗2相同的平衡狀態(tài)(即各物質(zhì)的質(zhì)量分數(shù)分別相等)，兩者為等效平衡狀態(tài)，則起始物質(zhì)的物質(zhì)的量之比相等，即b=2a，達到平衡所需時間t＜3min，首先考慮使用催化劑，再就是增大起始物質(zhì)的物質(zhì)的量，即增大反應物的濃度，加快反應速率。(3)從反應能量圖可知，該反應的正反應為放熱反應，升髙溫度，平衡向逆向進行，c(CH₃OH)減小；充入He(g)，使體系壓強增大，但反應體系的各物質(zhì)分壓不變，對平衡無影響；將H₂O(g)從體系中分離出來，平衡正向移動，c(CH₃OH)增大；再充入1 mol CO₂和3 mol H₂ ，達到平衡后c(CH₃OH)要大于原先的2倍。