Question

（12分）煤化工是以煤為原料，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)　ΔH＝＋131.3 kJ/mol，ΔS＝＋133.7 J/(K·mol)。

①該反應能否自發進行與________________有關。

②一定溫度下，在一個容積可變的密閉容器中，發生上述反應，下列能判斷該反應達到化學平衡狀態的是________(填字母，下同)。

a．容器中的壓強不變

b．1 mol H—H鍵斷裂的同時斷裂2 mol H—O鍵

c．v_正(CO)＝v_逆(H₂O)

d．c(CO)＝c(H₂)

(2)將不同量的CO(g)和H₂O(g)分別通入到體積為2 L的恒容密閉容器中，進行反應CO(g)＋H₂O(g)  CO₂(g)＋H₂(g)，得到如下三組數據：

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	5
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__________。

②該反應的逆反應為________(填“吸”或“放”)熱反應。

③若實驗3要達到與實驗2相同的平衡狀態(即各物質的質量分數分別相等)，且t<3 min，則a、b應滿足的關系是____________________(用含a、b的數學式表示)。

(3)目前工業上有一種方法是用CO₂來生產甲醇。一定條件下發生反應：CO₂(g)+3H₂(g) CH₃OH(g)+H₂O(g)，如圖表示該反應進行過程中能量(單位為kJ/mol)的變化。在體積為1 L的恒容密閉容器中，充入1 mol CO₂和3 mol H₂，下列措施中能使 c(CH₃OH)增大的是　　　 。

a．升高溫度                     b．充入He(g)，使體系壓強增大

c．將H₂O(g)從體系中分離出來     d．再充入1mol CO₂和3mol H₂

 

Answer 1

(1)①溫度　②bc  

(2)①0.16mol/(L·min)　②吸③b＝2a，a>1(或使用合適的催化劑) 

(3)cd

解析:(1)①利用判據：△H-T△S＜0，得：與溫度有關

        ②容積可變的密閉容器，則無論是否達平衡，壓強不變，故a錯誤

1 mol H—H鍵斷裂，表示v_逆(H₂)，斷裂2 mol H—O鍵，表示v_正(H₂O)，且兩者相等，故b正確，c正確，有方程式的化學計量系數，知：無論是否達平衡，c(CO)＝c(H₂)，故d錯誤；

（2）①     CO(g)＋H₂O(g)  CO₂(g)＋H₂(g)

C₀     2     1            0      0

△C    0.8   0.8          0.8     0.8

C（平衡）1.2    0.2           0.8     0.8

實驗1中以v(CO₂)= △C(CO₂)/△t=0.8mol^.L^-1/5 min=0.16 mol/(L·min)

并計算，得：K(650℃)=(0.8×0.8)/(1.2×0.2)=2.67

②         CO(g)＋H₂O(g)  CO₂(g)＋H₂(g)

C₀     1     0.5            0      0

△C    0.2   0.2          0.2     0.2

C（平衡）0.8    0.3           0.2     0.2

同理：計算，得K(900℃) =0.17

說明：升溫，K值減小，平衡左移，則逆向為吸熱的

③等溫、等容下的等效平衡（且壓強不影響該平衡移動），即：a:b=1:2，t<3 min，，即增大反應速率，所以：a>1(或使用合適的催化劑)

（3）能使 c(CH₃OH)增大，即平衡右移。

由圖像，知：正向為放熱的，而升溫，平衡左移，故a錯誤，

充入He(g)，與該反應無關，故b錯誤，

將H₂O(g)從體系中分離出來，平衡右移，故c正確，

再充入1 mol CO₂和3 mol H₂，增大反應物濃度，平衡右移，故d正確，