Question

10．煤化工中兩個重要反應為：
①C（s）+H₂O（g）═H₂（g）+CO（g）△H=+131.3kJ•mol^-1，
②CO（g）+H₂O（g）$?_{△}^{催化劑}$CO₂（g）+H₂（g）．
（1）下列說法正確的是A．
A．當反應①的容器中混合氣體的密度不再變化時反應達到最大限度
B．反應②的熵變△S＞0
C．反應①中增加C固體的量能增大反應速率
D．在反應中②及時分離出產生的H₂對正反應速率無影響
（2）若工業(yè)上要增加反應①的速率，最經濟的措施為粉碎煤炭、增加H₂O的濃度、使用合適的催化劑．
（3）現將不同量的CO（g）和H₂O（g）分別通入2L恒容密閉容器中進行反應，得到如下三組數據：

實驗組	溫度/℃	起始量/mol		平衡量/mol		達到平衡所 需時間/min
		CO	H2O	H2	CO2
I	650	4	2	1.6	1.6	5
Ⅱ	900	2	1	0.5	0.5	3
Ⅲ	900	a	b	c	d	t

①實驗I中，從反應開始到反應達到平衡時，H₂O的平均反應速率為0.04mol/（L•min）．
②CO（g）和H₂O（g）反應的△H小于0 （ 填“大于”、“小于”或“等于”）
③實驗III中，若平衡時，CO的轉化率大于水蒸氣，則a、b必須滿足的關系是a＜b，與實驗Ⅱ相比，化學平衡常數不變（填“增大”、“減小”或“不變”）．
④若在900℃時，實驗II反應達到平衡后，向此容器中再加入1mol CO、0.5mol H₂O、0.2mol CO₂、0.5mol H₂，平衡向正反應方向移動（填“正反應”、“逆反應”“不移動”）．
（4）CO、H₂可用于甲醇和甲醚，其反應為（m、n均大于0）：
反應①：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-mkJ•mol^-1
反應②：2CO（g）+4H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-nkJ•mol^-1
反應③：2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H＜0
則m與n的關系為n＞2m．

Answer 1

分析 （1）A．根據密度是否為變化值判斷；
B．反應物和生成物都是氣體，且化學計量總數相等，故該反應的△S無法判斷，故B錯誤；
C．碳為固體，增加其量不會影響反應速率；
D．在反應中②及時分離出產生的H₂相當于減小了反應物的濃度；
（2）根據增加反應速率可以從增大表面積，增加反應物的濃度、使用合適的催化劑等分析；
（3）①根據v=$\frac{△c}{△t}$計算；
②分別計算出第一組和第二組溫度平衡時各物質的濃度，根據K=$\frac{c（CO{\;}_{2}）c（H{\;}_{2}）}{c（CO）c（H{\;}_{2}O）}$計算判斷；
③根據CO和H₂O的計量數相同，當CO和水蒸氣的物質的量相等時二者轉化率相等，故當水蒸氣的物質的量大于CO時，CO的轉化率大于水蒸氣；平衡常數僅與溫度有關；
④根據Q=$\frac{c（CO{\;}_{2}）c（H{\;}_{2}）}{c（CO）c（H{\;}_{2}O）}$與K的大小判斷反應進行的方向；
（4）①：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-mkJ•mol^-1
②：2CO（g）+4H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-nkJ•mol^-1
③：2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H＜0
根據蓋斯定律，②-①×2判斷．

解答 解：（1）A．因為反應①可知反應物C為固體，所以反應前后質量在變，又體積固定，所以當反應①的密度是變化值，當密度不再變化時反應達到最大限度，故A正確；
B．反應物和生成物都是氣體，且化學計量總數相等，故該反應的△S無法判斷，故B錯誤；
C．碳為固體，增加其量不會影響反應速率，故C錯誤；
D．在反應中②及時分離出產生的H₂相當于減小了反應物的濃度，逆反應速率瞬時減小，正反應速率會逐漸減小，故D錯誤；
故選：A；
（2）根據反應①的特點，增加反應速率最經濟的方法有：一是將C固體粉碎，增加反應接觸面積從而增加反應速率，二是增加水蒸氣的濃度來增加反應速率，三是采用合適的催化劑來提高反應速率，故答案為：粉碎煤炭、增加H₂O的濃度、使用合適的催化劑；
（3）①根據方程式可知v（H₂O）=v（CO₂），則v（H₂O）=v（CO₂）=$\frac{\frac{2-1.6}{2}}{5}$=0.04mol/（L•min），故答案為：0.04mol/（L•min）；
②實驗I達平衡時，
H₂O（g）+CO（g） CO₂（g）+H₂（g）
初始 1mol/L 2mol/L 0 0
轉化 0.8mol/L 0.8mol/l 0.8mol/l 0.8mol/l
平衡 0.2mol/L 1.2mol/L 0.8mol/l 0.8mol/l
根據K=$\frac{c（CO{\;}_{2}）c（H{\;}_{2}）}{c（CO）c（H{\;}_{2}O）}$計算可得該反應在650℃時平衡常數數值為K=$\frac{0.8×0.8}{0.2×1.2}$=2.67，
實驗Ⅱ達平衡時，H₂O（g）+CO（g） CO₂（g）+H₂（g）
初始 1mol/L 0.5mol/L 0 0
轉化 0.25mol/L 0.25mol/l 0.25mol/l 0.25mol/l
平衡 0.75mol/L 0.25mol/L 0.25mol/l 0.25mol/l
根據K=$\frac{c（CO{\;}_{2}）c（H{\;}_{2}）}{c（CO）c（H{\;}_{2}O）}$計算可得該反應在900℃時平衡常數數值為K=$\frac{0.25×0.25}{0.25×0.75}$=$\frac{1}{3}$，可見溫度升高K減小，反應為放熱反應，△H＜0
故答案為：小于；
③CO（g）+H₂O（g）CO₂（g）+H₂（g）反應中，CO和H₂O的計量數相同，當CO和水蒸氣的物質的量相等時二者轉化率相等，故當水蒸氣的物質的量大于CO時，CO的轉化率大于水蒸氣，則a＜b；又平衡常數僅與溫度有關，所以實驗III中與實驗Ⅱ相比，化學平衡常數不變；
故答案為：a＜b；不變；
④在900℃時，實驗II反應達到平衡后，向此容器中再加入1molCO、0.5mol H₂O、0.2mol CO₂、0.5mol H₂，此時有2.5molCO、1mol H₂O、0.7mol CO₂、1mol H₂，則c（CO）=1.25mol•L^-1，c（H₂O）=0.5mol•L^-1，c（CO₂）=0.35mol•L^-1，c（H₂）=0.5mol•L^-1，此時Q=$\frac{c（CO{\;}_{2}）c（H{\;}_{2}）}{c（CO）c（H{\;}_{2}O）}$=0.28＜K，故反應應向正反應方向進行，故答案為：正反應；
（4）①：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-mkJ•mol^-1
②：2CO（g）+4H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-nkJ•mol^-1
③：2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H＜0
根據蓋斯定律，②-①×2可得③：2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=（2m-n）＜0，所以n＞2m，故答案為：n＞2m．

點評 本題通過題目信息相應數據分析強化對化學反應速率、化學平衡常數、化學反應方向以及平衡移動原理的理解，同時輻射考查蓋斯定律等，旨在通過本題解答接軌高考，提升同學們應答能力．