Question

化工是以煤為原料，經(jīng)過化學加工使煤轉(zhuǎn)化為氣體、液體、固體燃料以及各種化工產(chǎn)品的工業(yè)過程．
（1）在煤的氣化反應器中發(fā)生如下幾種反應：
C（s）十H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H=+131kJ/mol
C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-394kJ/mol
CO（g）+

1

2

O₂（g）=CO₂（g）△H=-283kJ/mol
則CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）△H=

 

（2）已知830℃時，在一個容積固定的密閉容器中，發(fā)生反應CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）下列能判斷該反應達到化學平衡狀態(tài)的是

 

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． V_正（CO）=V_逆 （H₂O）    
d．c（CO）=c（H₂）
此溫度下該反應的K=1，等物質(zhì)的量的CO和H₂O反應達平衡時，CO的轉(zhuǎn)化率為

 

（3）將不同量的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）?H₂（g）+CO₂（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	CO2
1	650	2	4	1.6	1.6	5
2	900	1	2	0.4	0.4	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(tài)（即各物質(zhì)的質(zhì)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的數(shù)學式表示）．
（4）目前工業(yè)上有一種方法是用CO₂來生產(chǎn)甲醇．一定條件下發(fā)生反應：
3H₂（g）+CO₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），如圖1，表示該反應進行過程中能量（單位為kJ/mol）的變化．

①在體積為1L的恒容密閉容器中，充入1molCO₂和3molH₂，
下列措施中能使c（CH₃OH）增大的是

 

（填字母）
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3molH₂
②當反應達到平衡時不斷改變條件（但不改變各組分物質(zhì)的量和狀態(tài)且只改變一個條件）反應速率隨時間的變化．如圖2：其中表示平衡混合物中CH₃OH含量最高的一段時間是

 

；如t₀～t₁平衡常數(shù)為K₁，
t₂～t₃平衡常數(shù)為K₂，則K₁

 

K₂（填＞、=、＜）．

Answer 1

考點：化學平衡的影響因素,熱化學方程式,化學反應速率變化曲線及其應用

專題：化學平衡專題

分析：（1）根據(jù)蓋斯定律計算焓變；
（2）當可逆反應達到平衡狀態(tài)時，正逆反應速率相等，反應體系中各物質(zhì)的質(zhì)量、物質(zhì)的量濃度及其百分含量不變；
根據(jù)化學平衡常數(shù)計算CO的轉(zhuǎn)化率；
（3）①根據(jù)v（CO₂）=

△n V

△t

計算二氧化碳平均反應速率；   
②因為壓強不影響平衡移動，如果實驗1、2轉(zhuǎn)化率相等，則實驗2達到平衡狀態(tài)時氫氣的物質(zhì)的量應該是實驗1的一半為0.8mol，實際上是0.4mol，說明升高溫度平衡向逆反應方向移動，據(jù)此判斷其反應熱；
③若實驗3要達到與實驗2相同的平衡狀態(tài)（即各物質(zhì)的質(zhì)量分數(shù)分別相等），且t＜3min，說明實驗3反應速率大于實驗2，壓強不影響平衡移動，則實驗3中a、b的物質(zhì)的量之比等于實驗2中水正確和CO的物質(zhì)的量之比，或使用催化劑；
（4）①根據(jù)圖象知，該反應的正反應是放熱反應，能使c（CH₃OH）增大，說明平衡向正反應方向移動；
②根據(jù)圖象知，t₁時刻，正逆反應速率都增大且可逆反應向逆反應方向移動，改變的條件是升高溫度；t₃時刻，正逆反應速率都增大且相等，改變的條件是加入催化劑；t₄時刻正逆反應速率都減小，且平衡向逆反應方向移動，改變的條件是減小壓強，據(jù)此分析解答．

解答： 解：（1）C（s）十H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H=+131kJ/mol①
C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-394kJ/mol ②
CO（g）+

1

2

O₂（g）=CO₂（g）△H=-283kJ/mol ③
將方程式2③-②+①得CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）△H=2×（-283kJ/mol）-（-394kJ/mol）+（+131kJ/mol）=-41 kJ/mol，
故答案為：-41 kJ/mol；
（2）a．無論該反應是否達到平衡狀態(tài)，容器中的壓強始終不變，所以壓強不能作為判斷依據(jù)，故錯誤；     
b．1mol H-H鍵斷裂的同時斷裂2mol H-O鍵，正逆反應速率相等，所以該反應達到平衡狀態(tài)，故正確；
c． V_正（CO）=V_逆 （H₂O）時，正逆反應速率相等，所以該反應達到平衡狀態(tài)，故正確；    
d．c（CO）=c（H₂）時該反應不一定達到平衡狀態(tài)，與反應初始濃度、轉(zhuǎn)化率有關，所以不能據(jù)此判斷平衡狀態(tài)，故錯誤；
故選bc；
該溫度下該反應的K=1，設等物質(zhì)的量的CO和H₂O的物質(zhì)的量都是1mol，反應達平衡時，設CO的轉(zhuǎn)化率為x，
   CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）
開始1mol 1mol     0     0
反應xmol xmol     xmol  xmol
平衡（1-x）mol （1-x）mol xmol xmol
化學平衡常數(shù)K=

x．x

(1-x)2

=1，x=0.5=50%，
故答案為：bc；50%；
（3）①v（CO₂）=

△n V

△t

=

1.6mol-0 2L

5min

=0.16 mol/（L．min），故答案為：0.16 mol/（L．min）；   
②因為壓強不影響平衡移動，如果實驗1、2轉(zhuǎn)化率相等，則實驗2達到平衡狀態(tài)時氫氣的物質(zhì)的量應該是實驗1的一半為0.8mol，實際上是0.4mol，說明升高溫度平衡向逆反應方向移動，則逆反應是吸熱反應，故答案為：吸；
③若實驗3要達到與實驗2相同的平衡狀態(tài)（即各物質(zhì)的質(zhì)量分數(shù)分別相等），且t＜3min，說明實驗3反應速率大于實驗2，壓強不影響平衡移動，則實驗3中a、b的物質(zhì)的量之比等于實驗2中水正確和CO的物質(zhì)的量之比=1：2，即b=2a，或使用催化劑也能實現(xiàn)目的，
故答案為：b=2a且a＞l（或使用合適的催化劑）；
（4）①根據(jù)圖象知，該反應的正反應是放熱反應，能使c（CH₃OH）增大，說明平衡向正反應方向移動，
a．升高溫度，平衡向逆反應方向移動，則c（CH₃OH）減小，故錯誤；
b．充入He（g），使體系壓強增大，但反應物、生成物濃度不變，平衡不移動，c（CH₃OH）不變，故錯誤；
c．將H₂O（g）從體系中分離出來，平衡向正反應方向移動，c（CH₃OH）增大，故正確；
d．再充入1mol CO₂和3molH₂，平衡向正反應方向移動，c（CH₃OH）增大，故正確；
故選cd；
②根據(jù)圖象知，t₁時刻，正逆反應速率都增大且可逆反應向逆反應方向移動，改變的條件是升高溫度；t₃時刻，正逆反應速率都增大且相等，改變的條件是加入催化劑；t₄時刻正逆反應速率都減小，且平衡向逆反應方向移動，改變的條件是減小壓強，所以平衡混合物中CH₃OH含量最高的一段時間是t₀～t₁；如t₀～t₁平衡常數(shù)為K₁，t₂～t₃平衡常數(shù)為K₂，且t₀～t₁溫度小于t₂～t₃溫度，所以K₁大于K₂，故答案為：t₀～t₁；大于．

點評：本題考查化學平衡的計算、熱化學反應等知識點，側(cè)重考查學生運用知識解答問題能力，難點是圖象分析，知道外界條件改變對反應速率的影響，會正確判斷平衡移動方向，注意：只有反應前后改變的物理量才能作為判斷平衡狀態(tài)的依據(jù)，難度中等．