(2011?湖南模擬)煤化工是以煤為原料,經(jīng)過化學(xué)加工使煤轉(zhuǎn)化為氣體、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(yīng)為:C(s)+H2O(g)?CO(g)+H2(g)△H=+131.3kJ/mol
①該反應(yīng)能否自發(fā)進行與
溫度
溫度
有關(guān);
②在一定溫度下,在一個容積不變的密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng),下列能判斷該反應(yīng)已達化學(xué)平衡狀態(tài)的是
ABD
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(yīng)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(yīng)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(yīng):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(yīng)速率為
0.16mol/(L?min)
0.16mol/(L?min)

②830℃時,向容器中充入2mol CO和10mol H2O(g),反應(yīng)達到平衡后,CO的轉(zhuǎn)化率為
83.33%
83.33%

③若實驗3要達到與實驗2相似的平衡狀態(tài)(即各物質(zhì)的質(zhì)量分數(shù)分別相等),且t<3min,則a、b應(yīng)滿足的關(guān)系是
b=4a,a>1(或使用催化劑)
b=4a,a>1(或使用催化劑)
(用含a、b的數(shù)學(xué)式表示)
分析:(1)①根據(jù)△G=△H-T△S判斷,△G<0,反應(yīng)自發(fā)進行.
②反應(yīng)達到平衡狀態(tài)時,正逆反應(yīng)速率相等,平衡時各種物質(zhì)的物質(zhì)的量、濃度、含量等不再發(fā)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(yīng)存在反應(yīng)限度,反應(yīng)物不能完全轉(zhuǎn)化;
增大固體C的用量,平衡不移動,不影響反應(yīng)熱.
(2)①根據(jù)v=
△c
△t
計算v(H2).
②溫度相同,平衡常數(shù)相同,根據(jù)實驗2計算830℃平衡常數(shù),由于各氣體的化學(xué)計量數(shù)都為1,故可以用物質(zhì)的量代替濃度計算;令參加反應(yīng)的CO的物質(zhì)的量為nmol,利用平衡常數(shù)求出n的值,再根據(jù)轉(zhuǎn)化率定義計算.
③反應(yīng)前后氣體體積不變,實驗2相似的平衡狀態(tài)(即各物質(zhì)的質(zhì)量分數(shù)分別相等),為等效平衡,滿足CO(g)與H2O(g)的物質(zhì)的量為1:4,由于到達平衡時間t<3min,物質(zhì)的量應(yīng)比實驗2大或使用催化劑.
解答:解:(1)①由熱化學(xué)反應(yīng)方程式可知,反應(yīng)為焓增,熵增過程,即△H>0、△S>0,△G=△H-T△S<0反應(yīng)自發(fā)進行,所以該反應(yīng)自發(fā)進行,受溫度影響.
故答案為:溫度.
②A.反應(yīng)前后氣體的物質(zhì)的量發(fā)生變化,隨反應(yīng)進行氣體的物質(zhì)的量增加,壓強增大,容器中的壓強不變,說明反應(yīng)到達平衡,故A正確;
 B.容器的容積不變,隨反應(yīng)進行容器內(nèi)氣體的質(zhì)量增加,所以隨反應(yīng)進行密度增大,容器中氣體的密度不變,說明反應(yīng)到達平衡,故B正確;
C.根據(jù)反應(yīng)可知,自始至終c(CO)=c(H2),不能說明反應(yīng)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(yīng)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(yīng)生成1molCO(g)與1molH2(g)吸收的熱量為131.3kJ.可逆反應(yīng)存在反應(yīng)限度,反應(yīng)物不能完全轉(zhuǎn)化,所以a<131.3kJ.
增大固體C的用量,水蒸氣的物質(zhì)的量未變,平衡不移動,不影響反應(yīng)熱,故a=b.
故答案為:<;=.
(2)①由表可知5min內(nèi),氫氣的物質(zhì)的量變化量為1.6mol,容器體積為2L,所以H2表示的反應(yīng)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(zhì)的量分別為0.8mol、0.8mol.
對于反應(yīng)     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(shù)k=
c(CO2)?c(H2)
c(CO)?c(H2O)
=
0.8×0.8
0.2×3.2
=1
令參加反應(yīng)的CO的物質(zhì)的量為nmol,則
對于反應(yīng)    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(zhuǎn)化率為
5
3
mol
2mol
×100%=83.33%.
故答案為:83.33%.
③反應(yīng)前后氣體體積不變,實驗2相似的平衡狀態(tài)(即各物質(zhì)的質(zhì)量分數(shù)分別相等),為等效平衡,滿足CO(g)與H2O(g)的物質(zhì)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(yīng)熱、反應(yīng)速率計算、平衡狀態(tài)判斷、等效平衡、平衡常數(shù)等,綜合性較大,難度中等,注意三段式解題法的運用.
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