Question

16．煤化工中兩個(gè)重要反應(yīng)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(shuō)法正確的是A．
A．當(dāng)反應(yīng)①的容器中混合氣體的密度不再變化時(shí)反應(yīng)達(dá)到最大限度
B．反應(yīng)②的熵變△S＞0
C．反應(yīng)①中增加C固體的量能增大反應(yīng)速率
D．在反應(yīng)②中及時(shí)分離出產(chǎn)生的H₂對(duì)正反應(yīng)速率無(wú)影響
（2）若工業(yè)上要增加反應(yīng)①的速率，最經(jīng)濟(jì)的措施為粉碎煤炭、增加H₂O（g）的濃度、使用合適的催化劑．
（3）現(xiàn)將不同量的CO（g）和H₂O（g）分別通入2L恒容密閉容器中進(jìn)行反應(yīng)，得到如下三組數(shù)據(jù)：

實(shí)驗(yàn) 組	溫度/℃	起始量/mol		平衡量/mol		達(dá)到平衡所 需時(shí)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(shí)驗(yàn)Ⅰ中，從反應(yīng)開(kāi)始到反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，H₂O（g）的平均反應(yīng)速率為0.16mol•L^-1•min^-1．
②CO（g）和H₂O（g）反應(yīng)的△H小于0（填“大于”“小于”或“等于”）．
③實(shí)驗(yàn)Ⅲ中，若平衡時(shí)，CO的轉(zhuǎn)化率大于水蒸氣，則a、b必須滿足的關(guān)系是a＜b，與實(shí)驗(yàn)Ⅱ相比，化學(xué)平衡常數(shù)不變（填“增大”“減小”或“不變”）．
④若在900℃時(shí)，實(shí)驗(yàn)Ⅱ反應(yīng)達(dá)到平衡后，向此容器中再加入1mol CO、0.5mol H₂O、0.2mol _CO2、0.5mol H2，平衡正反應(yīng)方向移動(dòng)（填“向正反應(yīng)方向移動(dòng)”“向逆反應(yīng)方向移動(dòng)”“不移動(dòng)”）．
（4）CO、H₂可用于生產(chǎn)甲醇和甲醚，其反應(yīng)為（m、n均大于0）：
反應(yīng)①：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-mkJ•mol^-1
反應(yīng)②：2CO（g）+4H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-nkJ•mol^-1
反應(yīng)③：2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H＜0
則m與n的關(guān)系為n＞2m．

Answer 1

分析 （1）A、反應(yīng)①中有固體參與反應(yīng)，反應(yīng)進(jìn)行的過(guò)程中，混合氣體的質(zhì)量會(huì)不斷變化，體積不變，氣體的密度也會(huì)變化，故當(dāng)容器中混合氣體的密度不再變化時(shí)反應(yīng)達(dá)到最大限度即平衡狀態(tài)；
B、反應(yīng)②反應(yīng)前后氣體體積變化為0，則熵變△S=0；
C、反應(yīng)①中增加C固體的量不影響反應(yīng)速率；
D、在反應(yīng)②中及時(shí)分離出產(chǎn)生的H₂時(shí)，逆反應(yīng)速率瞬間減小，正反應(yīng)速率瞬間不變，然后逐漸減小，重新形成平衡；
（2）根據(jù)外界條件的變化對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響分析解答；
（3）①根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$進(jìn)行計(jì)算求解；
②根據(jù)圖中的數(shù)據(jù)計(jì)算650℃和900℃時(shí)的平衡常數(shù)，比較K的大小，得出反應(yīng)的熱效應(yīng)；
③實(shí)驗(yàn)Ⅲ中，若起始時(shí)CO和H₂O等物質(zhì)的量，因二者反應(yīng)過(guò)程中變化量相等，轉(zhuǎn)化率也相等，若在此基礎(chǔ)上增加水蒸氣的量，水的轉(zhuǎn)化率降低，CO的轉(zhuǎn)化率增大，故若平衡時(shí)，CO的轉(zhuǎn)化率大于水蒸氣，則a、b必須滿足的關(guān)系是a＜b；因溫度沒(méi)有變，平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，故與實(shí)驗(yàn)Ⅱ相比，化學(xué)平衡常數(shù)不變；
④比較平衡常數(shù)和濃度商的大小，來(lái)判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向；
（4）根據(jù)蓋斯定律可知：反應(yīng)③=②-①×2＜0，來(lái)分析解答．

解答 解：（1）A、反應(yīng)①中有固體參與反應(yīng)，反應(yīng)進(jìn)行的過(guò)程中，混合氣體的質(zhì)量會(huì)不斷變化，體積不變，氣體的密度也會(huì)變化，故當(dāng)容器中混合氣體的密度不再變化時(shí)反應(yīng)達(dá)到最大限度即平衡狀態(tài)，故A正確；
B、反應(yīng)②反應(yīng)前后氣體體積變化為0，則熵變△S=0，故B錯(cuò)誤；
C、反應(yīng)①中增加C固體的量不影響反應(yīng)速率，故C錯(cuò)誤；
D、在反應(yīng)②中及時(shí)分離出產(chǎn)生的H₂時(shí)，逆反應(yīng)速率瞬間減小，正反應(yīng)速率瞬間不變，然后逐漸減小，重新形成平衡，故D錯(cuò)誤；
故選A；
（2）結(jié)合影響反應(yīng)速率的因素，最經(jīng)濟(jì)的措施為粉碎煤炭、增加H₂O（g）的濃度、使用合適的催化劑等，故答案為：粉碎煤炭、增加H₂O（g）的濃度、使用合適的催化劑；
（3）①實(shí)驗(yàn)Ⅰ中，水的起始濃度為1 mol•L^-1，平衡時(shí)H₂的平衡量為1.6 mol，說(shuō)明反應(yīng)中水的變化量也是1.6 mol，則水的平衡濃度為0.2 mol•L^-1，H₂O的平均反應(yīng)速率為：$\frac{0.8}{5}$=0.16 mol•L^-1•min^-1，故答案為：0.16 mol•L^-1•min^-1；
②650℃時(shí)，反應(yīng)平衡常數(shù)K₁=$\frac{1.6×1.6}{2.4×0.4}$=$\frac{8}{3}$，900℃實(shí)驗(yàn)Ⅱ的常數(shù)K₂=$\frac{0.5×0.5}{1.5×0.5}$=$\frac{1}{3}$，隨著溫度的升高，平衡常數(shù)減小，說(shuō)明反應(yīng)逆向進(jìn)行，即△H小于0，故答案為：小于；
③實(shí)驗(yàn)Ⅲ中，若起始時(shí)CO和H₂O等物質(zhì)的量，因二者反應(yīng)過(guò)程中變化量相等，轉(zhuǎn)化率也相等，若在此基礎(chǔ)上增加水蒸氣的量，水的轉(zhuǎn)化率降低，CO的轉(zhuǎn)化率增大，故若平衡時(shí)，CO的轉(zhuǎn)化率大于水蒸氣，則a、b必須滿足的關(guān)系是a＜b；因溫度沒(méi)有變，平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，故與實(shí)驗(yàn)Ⅱ相比，化學(xué)平衡常數(shù)不變，故答案為：a＜b；不變；
④若在900℃時(shí)，實(shí)驗(yàn)Ⅱ反應(yīng)達(dá)到平衡的狀態(tài)：1.5 mol CO、0.5 mol H₂O、0.5 mol CO₂、0.5 mol H₂，向此容器中再加入1 mol CO、0.5 mol H₂O、0.2 mol CO₂、0.5 mol H₂，即瞬間狀態(tài)：2.5 mol CO、1.0 mol H₂O、0.7 mol CO₂、1.0 mol H₂，此時(shí)Qc=0.28＜K₂，此時(shí)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，故答案為：正反應(yīng)方向移動(dòng)；
（4）根據(jù)蓋斯定律可知：反應(yīng)③=②-①×2，即（-nkJ•mol-1）-（-mkJ•mol-1）×2＜0，得：n＞2m，故答案為：n＞2m．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡的計(jì)算，題目難度中等，做題時(shí)注意把握影響平衡移動(dòng)的因素以及平衡常數(shù)的有關(guān)計(jì)算，此為化學(xué)平衡�？疾閱�(wèn)題．