Question

18．煤化工是以煤為原料，經過化學加工使煤轉化為氣體、液體、固體燃料以及各種化工產品的工業(yè)過程．
（1）將水蒸氣通過紅熱的碳即可產生水煤氣．反應為：
C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）△H=+131.3kJ•mol^-1，△S=+133.7J•（K•mol） ^-1
①該反應能否自發(fā)進行與溫度 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bc  （填字母，下同）
a．容器中的壓強不變    
b．1mol H-H鍵斷裂的同時斷裂2molH-O鍵
c．υ_正（CO）=υ_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）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g），得到如下三組數

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υ（CO₂） 表示的反應速率為0.16mol/（L．min）．
②該反應的逆反應為吸（填“吸”或“放”）熱反應
（3）目前工業(yè)上有一種方法是用CO₂來生產甲醇．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1L的恒容密閉容器中，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1mol CO₂和3mol H₂．

Answer 1

分析 （1）①根據△G=△H-T△S判斷，△G＜0，反應自發(fā)進行；
②根據化學平衡狀態(tài)的特征解答，當反應達到平衡狀態(tài)時，正逆反應速率相等，各物質的濃度、百分含量不變，以及由此衍生的一些量也不發(fā)生變化，解題時要注意，選擇判斷的物理量，隨著反應的進行發(fā)生變化，當該物理量由變化到定值時，說明可逆反應到達平衡狀態(tài)；
（2）①由表中數據可知，CO的物質的量變化量為4mol-2.4mol=1.6mol，根據v=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$計算v（CO），再利用速率之比等于化學計量數之比計算v（CO₂）；
②第二組溫度比第一組高，反應物物質的量比第一組減半，但是平衡時CO₂的物質的量比第一組的一半少，表明該反應為放熱反應
（3）要使c（CH₃OH）增大，平衡正向移動．

解答 解：（1）①由熱化學反應方程式可知，反應為焓增，熵增過程，即△H＞0、△S＞0，△G=△H-T△S＜0反應自發(fā)進行，所以該反應自發(fā)進行，受溫度影響，298℃時，△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，說明反應非自發(fā)進行；
故答案為：溫度；
②a．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，反應前后氣體的物質的量發(fā)生變化，隨反應進行氣體的物質的量增加，壓強增大，保持恒壓，容器中的壓強始終不變，不能說明反應到達平衡，故a錯誤；
b．1 molH-H鍵斷裂的同時斷裂2mol H-O鍵，斷裂2mol H-O鍵同時生成l molH-H鍵，說明反應到達平衡，故b正確．
c．反應速率之比等于化學方程式計量數之比，v_正（CO）=v_逆（H₂O），說明水的正反應速率和逆反應速率相同，反應達到平衡狀態(tài)，故c正確；
d．根據反應可知，自始至終c（CO）=c（H₂），不能說明反應到達平衡，故d錯誤；
故選：bc；
（2）①由表中數據可知，CO的物質的量變化量為4mol-2.4mol=1.6mol，v（CO）=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$=$\frac{\frac{1.6mol}{2L}}{5min}$=0.16mol/L•min，速率之比等于化學計量數之比，故v（CO₂）=v（CO）=0.16mol/（L•min）=0.16mol/（L•min），
故答案為：0.16mol/（L•min）；
②實驗1中CO的轉化率為$\frac{4mol-2.4mol}{4mol}$×100%=40%，實驗2中CO的轉化率為$\frac{2mol-1.6mol}{2mol}$×100%=20%，則實驗1的轉化率大于實驗2，則說明溫度升高平衡向逆反應方向移動，正反應放熱，逆反應是吸熱反應；
故答案為：吸；
（3）a．升高溫度，平衡逆向，故不選；
b．充入He（g），使體系壓強增大，反應物的濃度不變，平衡不移動，故不選；
c．將H₂O（g）從體系中分離出來，平衡正向移動，故選；
d．再充入1mol CO₂和3mol H₂，相當于增大壓強，平衡正向移動，故選；
故答案為：cd．

點評 本題考查化學平衡狀態(tài)判斷、反應的自發(fā)以及化學平衡移動等問題，為高頻考點，把握影響因素及平衡特征為解答的關鍵，側重分析與應用能力的考查，題目難度不大．