Question

煤化工是以煤為原料，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）將水蒸氣通過紅熱的炭即可產(chǎn)生水煤氣。反應為：C(s)＋H₂O(g)  CO(g)＋H₂(g) ΔH＝＋131.3 kJ·mol^－1一定溫度下，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．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(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	5
2	900	1	2	0.4	1.6	3
3	900	a	b	c	d	t

 
①該反應的逆反應為       (填“吸”或“放”)熱反應。
②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<3 min，則a、b應滿足的關(guān)系是                                       (用含a、b的數(shù)學式表示)。
(3)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：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^－1)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N₂(g)，使體系壓強增大
C．將H₂O(g)從體系中分離出來
D．再充入0.5 mol CO₂和1.5 mol H₂

Answer 1

(1)B、C   (2) ① 吸熱； ②b=2a，且a>1    (3)C、D

試題分析：(1)由于反應C(s)＋H₂O(g)  CO(g)＋H₂(g)的正反應是個氣體體積增大的反應。A．若反應未達到平衡，則容器中的壓強會發(fā)生改變，若反應達到了平衡，則容器內(nèi)氣體的壓強不變。正確。B．1 mol H—H鍵斷裂就會產(chǎn)生1mol的水，就形成了2mol的H—O鍵。還同時斷裂2 mol H—O鍵。說明對于同種物質(zhì)來說，單位時間內(nèi)消耗量與產(chǎn)生量相等。反應達到平衡。正確。D．CO和H₂都是生成物，在方程式中二者的系數(shù)相同，所以在任何時候都存在c(CO)＝c(H₂)。故不能確定反應達到平衡。錯誤。所以選項為B C。（2）① 反應CO(g)＋H₂O(g)  CO₂(g)＋H₂(g)在650℃時，開始時n(CO)=4mol；n(H₂O)=2mol；n(CO₂)=0；n(H₂)=0.當反應達到平衡時各種物質(zhì)的物質(zhì)的量為n(CO)=4mol－1.6mol=2.4mol；n(H₂O)=2mol－1.6mol=0.4mol,n(CO₂)=1.6mol；n(H₂)=1.6mol。對于該反應來說，由于系數(shù)都是1，所以達到平衡狀態(tài)時的平衡常數(shù)為。在900℃時，開始時n(CO)=2mol；n(H₂O)=1mol；n(CO₂)=0；n(H₂)=0.當反應達到平衡時各種物質(zhì)的物質(zhì)的量為n(CO)= 1.6mol；n(H₂O)=1mol－0.4mol=0.6mol,n(CO₂)=0.4mol；n(H₂)=0.4mol。對于該反應來說，由于系數(shù)都是1，所以達到平衡狀態(tài)時的濃度比為物質(zhì)的量的比。所以在該溫度下平衡常數(shù)為。升高溫度，化學平衡常數(shù)減小。說明升高溫度，化學平衡向逆反應方向移動。根據(jù)平衡移動原理，升高溫度，化學平衡向吸熱反應方向移動。逆反應方向為吸熱反應。②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<3 min，因為反應的平衡狀態(tài)相同。而方程式的系數(shù)相同。所以只要反應物的物質(zhì)的量的比與原平衡的起始時的物質(zhì)的量的比相同。即二者的物質(zhì)的量的比為a:b=1:2。平衡不發(fā)生移動。但是由于增大壓強，反應物的物質(zhì)的量濃度增大，化學反應速率加快，達到平衡所需要的水解縮短。(3)由圖像可以看出該反應為放熱反應。A．升高溫度。根據(jù)平衡移動原理，化學平衡向逆反應方向移動，c(CH₃OH)減小。錯誤。B．由于N₂不是反應體系的氣體，充入N₂(g)，使體系壓強增大，但是反應混合物中各物質(zhì)的濃度不變，所以平衡不發(fā)生移動，c(CH₃OH)不變。錯誤。C. 將H₂O(g)從體系中分離出來,減小生成物的濃度，平衡正向移動，c(CH₃OH)增大。正確。D．若再充入0.5 mol CO₂和1.5 mol H_2，增大反應物的濃度，化學平衡正向移動，c(CH₃OH)增大。正確。