Question

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)叫煤化工．
（1）將水蒸氣通過紅熱的炭即可產生水煤氣．反應為：C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）△H=+131.3kJ?mol^-1．
①該反應在常溫下

 

自發(fā)進行（填“能”或“不能”）；
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，下同）．
a．容器中的壓強不變        b．1mol H-H鍵斷裂的同時，斷裂2mol H-O鍵
c．c（CO）=c（H₂）        d．密閉容器的容積不再改變
（2）將不同量的CO（g）和H₂O（g）分別通入體積為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(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	6
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

 

（取小數(shù)點后兩位，下同）；
②該反應為

 

（填“吸”或“放”）熱反應，實驗2條件下平衡常數(shù)K=

 

；
③若實驗3達平衡時與實驗2平衡狀態(tài)中各物質的質量分數(shù)分別相等，且t＜3min，則a、b應滿足的關系是

 

（用含a、b的代數(shù)式表示）．

Answer 1

考點：化學平衡狀態(tài)的判斷,反應速率的定量表示方法,化學平衡建立的過程,等效平衡

專題：化學平衡專題

分析：（1）①依據(jù)△G=△H-T△S＜0時反應能夠自發(fā)進行判斷；
②反應達到平衡狀態(tài)時，正逆反應速率相等，平衡時各種物質的物質的量、濃度、含量等不再發(fā)生變化，以及由此衍生的其它量不變，可由此進行判斷；
（2）①由表中數(shù)據(jù)可知，CO的物質的量變化量為4mol-2.4mol=1.6mol，根據(jù)v=

△n V

△t

計算v（CO），再利用速率之比等于化學計量數(shù)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；利用三段式計算平衡時，各組分的物質的量，該反應是氣體體積不變的反應，故利用物質的量代替濃度代入平衡常數(shù)表達式計算平衡常數(shù)；
③使實驗3達到平衡狀態(tài)時各物質的體積分數(shù)與實驗2分別相等，為等效平衡，該反應為反應前后氣體的體積不發(fā)生變化，滿足n（H₂O）：n（CO）=1：2即可．

解答： 解：（1）①該反應△H＞0，△S＞0，若使△G=△H-T△S＜0，必須在高溫下，所以常溫下反應不能自發(fā)進行，故答案為：不能；
②a．反應前后氣體的物質的量不發(fā)生變化，容器中始終壓強不變，不能說明反應到達平衡，故a錯誤；
b．l 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．c（CO）=c（H₂），與加入反應物多少有關，根據(jù)反應可知，自始至終c（CO）=c（H₂），不能說明反應到達平衡，故c錯誤；
d．反應前后前提條件不同，體積不變說明正逆反應速率相等，各組分濃度不變，反應達到平衡狀態(tài)，故d正確；
故選：bd；
（2）①由表中數(shù)據(jù)可知，CO的物質的量變化量為4mol-2.4mol=1.6mol，v（CO）=

△n V

△t

=

1.6mol 2L

6min

=

2

15

mol/（L?min），速率之比等于化學計量數(shù)之比，故v（CO₂）=v（CO）=

2

15

mol/（L?min）=0.13mol/（L?min），
故答案為：0.13mol/（L?min）；
②實驗1中CO的轉化率為×100%=40%，實驗2中CO的轉化率為×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，
平衡時CO的物質的量為1.6mol，則：
            CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），
開始（mol）：2       1        0        0
變化（mol）：0.4     0.4      0.4      0.4
平衡（mol）：1.6     0.6      0.4      0.4
該反應前后氣體體積不變，故利用物質的量代替濃度計算平衡常數(shù)，故900℃時該反應平衡常數(shù)k=

0.4×0.4

1.6×0.6

=0.17，
故答案為：放；0.17；
③使實驗3達到平衡狀態(tài)時各物質的體積分數(shù)與實驗2分別相等，為等效平衡，該反應為反應前后氣體的體積不發(fā)生變化，滿足n（H₂O）：n（CO）=1：2即可，即b=2a，且a＞1，故答案為：b=2a，且a＞1．

點評：本題考查了反應自發(fā)進行的條件、平衡狀態(tài)的判斷、化學反應速率的求算、化學平衡常數(shù)的求算、據(jù)K隨溫度的變化判斷反應吸熱還是放熱、等效平衡，題目有一定難度．