Question

（2011?湖南模擬）煤化工是以煤為原料，經過化學加工使煤轉化為氣體、固體燃料以及各種化工產品的工業過程．
（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該反應能否自發進行與

溫度

有關；
②在一定溫度下，在一個容積不變的密閉容器中發生上述反應，下列能判斷該反應已達化學平衡狀態的是

ABD

；
A．容器中的壓強不變    B．容器中氣體的密度不變
C．c（CO）=c（H₂）    D．1 molH-H鍵斷裂的同時斷裂2mol H-O鍵
③在恒容密閉容器中加入1mol C（s）和1mol H₂O（g），一定溫度下充分反應達到平衡，吸收熱量akJ，則a=

＜

131.3（填“＞”、“＜”或“=”）；若開始時加入的是2mol C（s）和1mol H₂O（g），充分反應達到平衡，吸收熱量為b kJ，則b

=

a（填“＞”、“＜”或“=”）．
（2）將一定的CO（g）和H₂O（g）分別通入到體積為2L的恒容密閉容器中進行反應：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）

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
1	650	4	2	1.6	1.6	5
2	830	1	4	0.8	0.8	3
3	830	a	b	c	d	t

①實驗1中的v（H₂）表示的反應速率為

0.16mol/（L?min）

．
②830℃時，向容器中充入2mol CO和10mol H₂O（g），反應達到平衡后，CO的轉化率為

83.33%

．
③若實驗3要達到與實驗2相似的平衡狀態（即各物質的質量分數分別相等），且t＜3min，則a、b應滿足的關系是

b=4a，a＞1（或使用催化劑）

（用含a、b的數學式表示）

Answer 1

分析：（1）①根據△G=△H-T△S判斷，△G＜0，反應自發進行．
②反應達到平衡狀態時，正逆反應速率相等，平衡時各種物質的物質的量、濃度、含量等不再發生變化，以及由此衍生的其它量不變，可由此進行判斷．
③可逆反應存在反應限度，反應物不能完全轉化；
增大固體C的用量，平衡不移動，不影響反應熱．
（2）①根據v=

△c

△t

計算v（H₂）．
②溫度相同，平衡常數相同，根據實驗2計算830℃平衡常數，由于各氣體的化學計量數都為1，故可以用物質的量代替濃度計算；令參加反應的CO的物質的量為nmol，利用平衡常數求出n的值，再根據轉化率定義計算．
③反應前后氣體體積不變，實驗2相似的平衡狀態（即各物質的質量分數分別相等），為等效平衡，滿足CO（g）與H₂O（g）的物質的量為1：4，由于到達平衡時間t＜3min，物質的量應比實驗2大或使用催化劑．

解答：解：（1）①由熱化學反應方程式可知，反應為焓增，熵增過程，即△H＞0、△S＞0，△G=△H-T△S＜0反應自發進行，所以該反應自發進行，受溫度影響．
故答案為：溫度．
②A．反應前后氣體的物質的量發生變化，隨反應進行氣體的物質的量增加，壓強增大，容器中的壓強不變，說明反應到達平衡，故A正確；
 B．容器的容積不變，隨反應進行容器內氣體的質量增加，所以隨反應進行密度增大，容器中氣體的密度不變，說明反應到達平衡，故B正確；
C．根據反應可知，自始至終c（CO）=c（H₂），不能說明反應到達平衡，故C錯誤；
D．1 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D正確．
故選：ABD．
③C（s）+H₂O（g）═CO（g）+H₂（g）△H=+131.3kJ/mol，表示1molC（s）與1molH₂O（g）反應生成1molCO（g）與1molH₂（g）吸收的熱量為131.3kJ．可逆反應存在反應限度，反應物不能完全轉化，所以a＜131.3kJ．
增大固體C的用量，水蒸氣的物質的量未變，平衡不移動，不影響反應熱，故a=b．
故答案為：＜；=．
（2）①由表可知5min內，氫氣的物質的量變化量為1.6mol，容器體積為2L，所以H₂表示的反應速率v（H₂）=

1.6mol 2L

5min

=0.16mol/（L?min）．
故答案為：0.16mol/（L?min）．
②由實驗2可知，平衡時CO₂、H₂的物質的量分別為0.8mol、0.8mol．
對于反應     CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
開始（mol）：1       4         0       0
變化（mol）：0.8     0.8       0.8     0.8
平衡（mol）：0.2     3.2       0.8     0.8
所以算830℃平衡常數k=

c(CO2)?c(H2)

c(CO)?c(H2O)

=

0.8×0.8

0.2×3.2

=1
令參加反應的CO的物質的量為nmol，則
對于反應    CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
開始（mol）：2      10        0       0
變化（mol）：n       n        n      n
平衡（mol）：2-n    10-n      n      n
所以

n×n

(2-n)×(10-n)

=1，解得n=

5

3

所以CO的轉化率為

5 3 mol

2mol

×100%=83.33%．
故答案為：83.33%．
③反應前后氣體體積不變，實驗2相似的平衡狀態（即各物質的質量分數分別相等），為等效平衡，滿足CO（g）與H₂O（g）的物質的量為1：4，即a：b=1：4，b=4a，由于到達平衡時間t＜3min，所以速率較實驗2快，故a＞1（或使用催化劑）．
故答案為：b=4a，a＞1（或使用催化劑）．

點評：考查反應熱、反應速率計算、平衡狀態判斷、等效平衡、平衡常數等，綜合性較大，難度中等，注意三段式解題法的運用．