Question

15．以煤為原料，經(jīng)過化學(xué)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)叫煤化工．
（1）將水蒸氣通過紅熱的碳即可產(chǎn)生水煤氣．反應(yīng)為：C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）△H=+131.3kJ/mol
①該反應(yīng)在高溫下能自發(fā)進(jìn)行的原因是△S＞0
②一定溫度下，在一個(gè)容積可變的密閉容器中，發(fā)生上述反應(yīng)，下列能判斷該反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的是BDF（填字母，下同）．
A．容器中的壓強(qiáng)不變 B．1mol H-H 鍵斷裂的同時(shí)斷裂2mol H-O 鍵
C．V （CO）=V （H₂）D．密閉容器的容積不再改變
E．消耗1mol 水的同時(shí)生成1mol H₂  F．容器的密度不變
③該反應(yīng)的平衡常數(shù)的表達(dá)式K=$\frac{c（CO）c（{H}_{2}）}{c（{H}_{2}O）}$．
（2）水煤氣再進(jìn)一步反應(yīng)可制取氫氣．反應(yīng)為H₂O（g）+CO（g）?H₂（g）+CO₂（g），某溫度下該反應(yīng)的逆反應(yīng)平衡常數(shù)K=$\frac{4}{9}$．該溫度下在甲、乙、丙三個(gè)恒容密閉容器中，只投入H₂（g）和CO₂（g），其起始濃度如下表所示．下列判斷不正確的是B．

起始 濃度	甲	乙	丙
c（H2）/mol/L	0.010	0.020	0.020
c（CO2）/mol/L	0.010	0.010	0.020

A．反應(yīng)開始時(shí)，丙中的反應(yīng)速率最快，甲中的反應(yīng)速率最慢
B．平衡時(shí)，甲中和丙中H₂的轉(zhuǎn)化率不等
C．平衡時(shí)，丙中c（CO₂）是甲中的2 倍
D．平衡時(shí)，乙中CO₂的轉(zhuǎn)化率大于60%
（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(yīng)：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），如圖表示該反應(yīng)進(jìn)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）減小的是A．
A．升高溫度                 　
B．充入He（g），使體系壓強(qiáng)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在高溫下能自發(fā)進(jìn)行，根據(jù)△G=△H-T△S＜0判斷；
②結(jié)合平衡的特征“等、定”及衍生的物理量判斷，始終不變的量不能判定平衡狀態(tài)；
③K是生成物的濃度冪與反應(yīng)物濃度冪之積的比；
（2）A．丙中濃度最大，甲中濃度最小，濃度越大，反應(yīng)速率越大；
B． 以甲計(jì)算：
     H₂O（g）+CO（g）?H₂（g）+CO₂（g）
起始：0          0          0.010        0.010
轉(zhuǎn)化：x           x            x              x
平衡：x            x       0.01-x       0.01-x
則$\frac{（0.01-x）^{2}}{{x}^{2}}$=$\frac{4}{9}$，
x=0.006，結(jié)合等效平衡狀態(tài)計(jì)算；
C．由B計(jì)算可知，平衡時(shí)，丙中的c（CO₂）是甲中的2倍；
D．乙與甲相比較，相當(dāng)于在甲的基礎(chǔ)上通入H₂，則平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)；
（3）A．該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動(dòng)；
B．充入He（g），使體系壓強(qiáng)增大，但各組分的濃度不變；
C．將H₂O（g）從體系中分離出來，生成物濃度減�。�
D．再充入1mol CO₂ 和3mol H₂，兩邊的氣體計(jì)量數(shù)相等，所以平衡時(shí)各組分的物質(zhì)的量是原來的2倍．

解答 解：（1）①在高溫下能自發(fā)進(jìn)行，根據(jù)△G=△H-T△S＜0，而該反應(yīng)中△H＞0，所以△S＞0，故答案為：△S＞0；
②A．在一個(gè)容積可變的密閉容器，容器中的壓強(qiáng)始終不變，故A錯(cuò)誤；
B．1mol H-H 鍵斷裂等效于生成2mol H-O 鍵同時(shí)斷裂2mol H-O 鍵，正逆反應(yīng)速率相等，故B正確；
C．V （CO）=V （H₂）只要反應(yīng)發(fā)生就符合V （CO）=V （H₂），故C錯(cuò)誤；
D．密閉容器的容積不再改變，說明氣體的物質(zhì)的量不變，達(dá)平衡狀態(tài)，故D正確；
E．消耗1mol 水的同時(shí)生成1mol H₂，都反應(yīng)的是正反應(yīng)方向，故E錯(cuò)誤；
F．容器的密度不變，說明氣體的摩爾質(zhì)量不變，反應(yīng)達(dá)平衡狀態(tài)，故F正確；
故答案為：BDF；
③平衡常數(shù)是生成物的濃度冪與反應(yīng)物濃度冪之積的比，平衡常數(shù)的表達(dá)式K=$\frac{c（CO）c（{H}_{2}）}{c（{H}_{2}O）}$，故答案為：$\frac{c（CO）c（{H}_{2}）}{c（{H}_{2}O）}$；
（2）A．丙中濃度最大，甲中濃度最小，濃度越大，反應(yīng)速率越大，則反應(yīng)開始時(shí)，丙中的反應(yīng)速率最快，甲中的反應(yīng)最慢，故A正確；
B． 以甲計(jì)算：
     H₂O（g）+CO（g）?H₂（g）+CO₂（g）
起始：0          0          0.010        0.010
轉(zhuǎn)化：x           x            x              x
平衡：x            x       0.01-x       0.01-x
則$\frac{（0.01-x）^{2}}{{x}^{2}}$=$\frac{4}{9}$，
x=0.006，則平衡時(shí)甲中的H₂的轉(zhuǎn)化率均是$\frac{0.006}{0.01}$×100%=60%，由于甲和丙的氣體的比值相同，為等效平衡狀態(tài)，則丙中H₂的轉(zhuǎn)化率也為60%，故B錯(cuò)誤；
C．由B計(jì)算可知，平衡時(shí)，丙中的c（CO₂）是甲中的2倍，應(yīng)為2×（0.01-0.006）mol/L=0.008mol/L，故C正確；
D．乙與甲相比較，相當(dāng)于在甲的基礎(chǔ)上通入H₂，則平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，平衡時(shí)，乙中的CO₂的轉(zhuǎn)化率大于60%，故D正確．
故答案為：B；
（3）A．升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，能使c（CH₃OH）減小，故A正確；
B．充入He（g），使體系壓強(qiáng)增大，但各組分的濃度不變，平衡不移動(dòng)，故B錯(cuò)誤；
C．將H₂O（g）從體系中分離出來，平衡正向移動(dòng)，故C錯(cuò)誤；
D．再充入1mol CO₂ 和3mol H₂，兩邊的氣體計(jì)量數(shù)相等，所以平衡時(shí)各組分的物質(zhì)的量是原來的2倍，所以濃度不變，故D錯(cuò)誤；
故答案為：A．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡的計(jì)算，為高頻考點(diǎn)，把握K的意義、化學(xué)平衡移動(dòng)為解答的關(guān)鍵，側(cè)重分析與應(yīng)用能力的考查，注意平衡常數(shù)表達(dá)式中不能出現(xiàn)固體，題目難度不大．