Question

12．合成氨工業(yè)上常用下列方法制備H₂：
方法①：C（s）+2H₂O（g）?CO₂（g）+2H₂（g）
方法②：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
（1）已知①C（石墨）+O₂（g）═CO₂（g）△H=-394kJ•mol^-1
②2C（石墨）+O₂（g）═2CO（g）△H=-222kJ•mol^-1
③2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-484kJ•mol^-1
試計(jì)算25℃時(shí)由方法②制備1000gH₂所放出的能量為20500kJ．
（2）在一定的條件下，將C（s）和H₂O（g）分別加入甲、乙兩個(gè)密閉容器，發(fā)生反應(yīng)：C（s）+2H₂O（g）?CO₂（g）+2H₂（g）其相關(guān)數(shù)據(jù)如表所示：

容器	容積/L	溫度/℃	起始量/mol		平衡量/mol	達(dá)到平衡所需時(shí)間/min
			C（s）	H2O（g）	H2（g）
甲	2	T1	2	4	3.2	2.5
乙	1	T2	1	2	1.2	3

①T₁＞T₂（填“＞”、“=”或“＜”）；T₁℃時(shí)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=12.8．
②乙容器中，當(dāng)反應(yīng)進(jìn)行到1.5min時(shí)，H₂O（g）的物質(zhì)的量濃度范圍是大于0.8mol/L，小于1.4mol/L．
③在密閉恒容的容器中，能表示上述反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的是BD．
A．V_逆（CO₂）=2V_正（H₂）
B．混合氣體的密度保持不變
C．c（H₂O）：c（CO₂）：c（H₂）=2：1：2
D．混合氣體的平均摩爾質(zhì)量保持不變
④某同學(xué)為了研究反應(yīng)條件對(duì)化學(xué)平衡的影響，測(cè)得逆反應(yīng)速率與時(shí)間的關(guān)系如圖所示：
在t₁、t₃、t₅、t₇時(shí)反應(yīng)都達(dá)了到平衡狀態(tài)，如果t₂、t₄、t₆、t₈時(shí)都只改變了一個(gè)反應(yīng)條件，則t₆時(shí)刻改變的條件是通入H₂O，從t₁到t₈哪個(gè)時(shí)間段H₂O（g）的平衡轉(zhuǎn)化率最低t₇-t₈．

Answer 1

分析 （1）已知①C（石墨）+O₂（g）═CO₂（g）△H=-394kJ•mol^-1
②2C（石墨）+O₂（g）═2CO（g）△H=-222kJ•mol^-1
③2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-484kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律，①-$\frac{1}{2}$×②-$\frac{1}{2}$×③可得CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）的△H，進(jìn)而計(jì)算制備1000gH₂所放出的能量；
（2）①由熱化學(xué)方程式：①C（石墨）+O₂（g）═CO₂（g）△H=-394kJ•mol^-1
③2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-484kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律，①-②可得：C（s）+2H₂O（g）?CO₂（g）+2H₂（g）△H=+90kJ•mol^-1，
甲、乙中起始水蒸氣的濃度相等，若溫度相同時(shí)平衡時(shí)氫氣的濃度相等，而甲中平衡時(shí)氫氣濃度大于乙中的，可以判斷甲相當(dāng)于在乙平衡的基礎(chǔ)上改變溫度使平衡正向移動(dòng)；
計(jì)算平衡時(shí)各組分物質(zhì)的量濃度，代入K=$\frac{c（C{O}_{2}）×{c}^{2}（{H}_{2}）}{{c}^{2}（{H}_{2}O）}$計(jì)算平衡常數(shù)；
②前1.5min時(shí)氫氣物質(zhì)的量減小量小于平衡時(shí)的減小量，而前1.5min的反應(yīng)速率大于后1.5min的反應(yīng)速率；
③可逆反應(yīng)得到平衡時(shí)，同種物質(zhì)的正、逆反應(yīng)速率相等（不同物質(zhì)的正、逆速率之比等于其化學(xué)計(jì)量數(shù)之比），各組分的含量、濃度保持不變，判斷平衡的物理量由變化到不再變化，說(shuō)明反應(yīng)到達(dá)平衡；
④t₂時(shí)刻，瞬間v_逆增大，而后減小至不變，平衡逆向移動(dòng)，可能是增大壓強(qiáng)（或者增大生成物的濃度）；
t₄時(shí)刻，瞬間v_逆減小，而后繼續(xù)減小至不變，平衡逆向移動(dòng)，應(yīng)是降低溫度；
t₆時(shí)刻，瞬間v_逆不變，而后增大至不變，平衡正向移動(dòng)，可能增大水蒸氣濃度；
t₈時(shí)刻，瞬間v_逆增大，平衡不移動(dòng)，應(yīng)是使用催化劑．

解答 解：（1）已知①C（石墨）+O₂（g）═CO₂（g）△H=-394kJ•mol^-1
②2C（石墨）+O₂（g）═2CO（g）△H=-222kJ•mol^-1
③2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-484kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律，①-$\frac{1}{2}$×②-$\frac{1}{2}$×③可得CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-394kJ•mol^-1-$\frac{1}{2}$×（-222kJ•mol^-1）-$\frac{1}{2}$×（-484kJ•mol^-1）=-41kJ•mol^-1，
則制備1000gH₂所放出的能量為$\frac{1000g}{2g/mol}$×41kJ•mol^-1=20500kJ，
故答案為：20500；
（2）①由熱化學(xué)方程式：①C（石墨）+O₂（g）═CO₂（g）△H=-394kJ•mol^-1
③2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-484kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律，①-②可得：C（s）+2H₂O（g）?CO₂（g）+2H₂（g）△H=90kJ•mol^-1，
甲、乙中起始水蒸氣的濃度相等，若溫度相同時(shí)平衡時(shí)氫氣的濃度相等，而甲中平衡時(shí)氫氣濃度大于乙中的，可以判斷甲相當(dāng)于在乙平衡的基礎(chǔ)上改變溫度使平衡正向移動(dòng)，該反應(yīng)的正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，升高溫度平衡正向移動(dòng)，所以溫度T₁＞T₂；
C（s）+2H₂O（g）?CO₂（g）+2H₂（g）
開始（mol/L）2            0             0
反應(yīng)（mol/L）1.6          0.8          1.6
平衡（mol/L）0.4         0.8           1.6
K=$\frac{c（C{O}_{2}）×{c}^{2}（{H}_{2}）}{{c}^{2}（{H}_{2}O）}$=$\frac{0.8×1．{6}^{2}}{0．{4}^{2}}$=12.8，
故答案為：＞；12.8；
②前1.5min時(shí)氫氣物質(zhì)的量減小量小于平衡時(shí)的減小量，1.5min時(shí)氫氣的物質(zhì)的量大于2mol-1.2mol=0.8mol，即1.5min時(shí)氫氣濃度大于0.8mol/L，前1.5min的反應(yīng)速率大于后1.5min的反應(yīng)速率，前1.5min氫氣的減少量應(yīng)大于1.2mol÷2=0.6mol，所以氫氣的物質(zhì)的量應(yīng)該小于2mol-0.6mol=1.4mol，即濃度小于1.4mol/L，
故答案為：大于0.8mol/L，小于1.4mol/L；
③A．2V_逆（CO₂）=V_正（H₂）時(shí)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，所以V_逆（CO₂）=2V_正（H₂）該反應(yīng)沒(méi)有達(dá)到平衡狀態(tài)，故錯(cuò)誤；
B．反應(yīng)前后氣體質(zhì)量增加、容器體積不變，則反應(yīng)前后混合氣體的密度增大，當(dāng)容器內(nèi)氣體密度不變時(shí)正逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故正確；
C．c（H₂O）：c（CO₂）：c（H₂）=2：1：2時(shí)該反應(yīng)不一定達(dá)到平衡狀態(tài)，與反應(yīng)物初始濃度及轉(zhuǎn)化率有關(guān)，故錯(cuò)誤；
D．反應(yīng)前后氣體質(zhì)量增加、氣體物質(zhì)的量增加，所以混合氣體平均摩爾質(zhì)量改變，當(dāng)混合氣體的平均摩爾質(zhì)量保持不變時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故正確；
故選BD；
④t₄時(shí)刻，瞬間v_逆減小，而后繼續(xù)減小至不變，平衡逆向移動(dòng)，應(yīng)是降低溫度；
t₆時(shí)刻，瞬間v_逆不變，而后增大至不變，平衡正向移動(dòng)，可能增大水蒸氣濃度；
t₈時(shí)刻，瞬間v_逆增大，平衡不移動(dòng)，應(yīng)是使用催化劑；
t₂時(shí)刻，瞬間v_逆增大，而后減小至不變，平衡逆向移動(dòng)，可能是增大壓強(qiáng)（或者增大生成物的濃度），所以t₆時(shí)刻改變的條件是通入H₂O，從t₁到t₈時(shí)間段H₂O（g）的平衡轉(zhuǎn)化率最低的是平衡逆向移動(dòng)最大時(shí)，為 t₇-t₈，
故答案為：通入H₂O； t₇-t₈．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算、外界條件對(duì)化學(xué)平衡移動(dòng)影響、蓋斯定律等知識(shí)點(diǎn)，側(cè)重考查學(xué)生分析、判斷及計(jì)算能力，明確化學(xué)平衡狀態(tài)判斷依據(jù)、化學(xué)平衡計(jì)算方法是解本題關(guān)鍵，難點(diǎn)是（2）①中等效平衡的建立，題目難點(diǎn)中等．