Question

4．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、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碳即可產(chǎn)生水煤氣．反應(yīng)為：C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）△H=+131.3kJ•mol^-1，△S=+133.7J•（K•mol） ^-1該反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行與溫度 有關(guān)．
（2）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(jìn)行反應(yīng)CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），得到如表三組數(shù)

實驗組	溫度/℃	起始量/mol		平衡量/mol		達(dá)到平衡所 需時間/min
		H2O	CO	H2	CO2
1	650	2	4	1.6	2.4	5
2	900	1	2	0.4	1.6	3

①實驗2中以υ（CO₂） 表示的平均反應(yīng)速率為0.16mol•（L•min）^-1．900℃是該反應(yīng)的平衡常數(shù)0.17．
②該反應(yīng)為吸熱（填“吸”或“放”）熱反應(yīng)
（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(yīng)：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），如圖表示該反應(yīng)進(jìn)行過程中能量（單位為kJ•mol^-1）的變化．在體積為1L的恒容密閉容器中，充入1mol CO₂和3mol H₂，下列措施中能使c （CH₃OH）增大的是cd．
a．升高溫度         b．充入He（g），使體系壓強(qiáng)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

分析 （1）①△G=△H-T△S＜0時，反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行；
（2）①根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計算v（CO），再利用速率之比等于化學(xué)計量數(shù)之比計算v（CO₂）；一氧化碳的轉(zhuǎn)化率為$\frac{一氧化碳的變化量}{一氧化碳的起始量}×100%$：根據(jù)三行式計算平衡時各組的物質(zhì)的量濃度，然后代入平衡常數(shù)表達(dá)式求解；
②第2組可以等效為：開始在650℃時加入1molH₂O、2molCO到達(dá)平衡，保持溫度不變，再加入1molCO達(dá)到平衡，最后再升高溫度到900℃時到達(dá)平衡；開始在650℃時加入1molH₂O、2molCO到達(dá)平衡，與第1組為等效平衡，轉(zhuǎn)化率相同，平衡時H₂為0.8mol，保持溫度不變，再加入1molCO達(dá)到平衡，平衡正向移動，平衡時H₂物質(zhì)的量大于0.8mol，升高溫度到900℃時到達(dá)平衡，氫氣的物質(zhì)的量減小，說明升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動；
（3）根據(jù)圖象知，該反應(yīng)的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，能使c（CH₃OH）增大，說明平衡向正反應(yīng)方向移動．

解答 解：（1）①該反應(yīng)△H＞0，△S＞0，△G=△H-T△S＜0時，反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行，故高溫下反應(yīng)可以自發(fā)進(jìn)行，故答案為：溫度；
（2）①v（CO）=$\frac{\frac{4mol-2.4mol}{2L}}{5min}$=0.16mol•（L•min）^-1，速率之比等于化學(xué)計量數(shù)之，則v（CO₂）=0.16mol•（L•min）^-1，
             CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），
c（初）：1             0.5          0              0
c（變）：0.2            0.2          0.2            0.2
c（平）：0.8           0.3           0.2            0.2
K=$\frac{C（C{O}_{2}）C（{H}_{2}）}{C（CO）C（{H}_{2}O）}$=$\frac{0.2×0.2}{0.8×0.3}$=0.17
故答案為：0.16mol•（L•min）^-1；0.17；
②第2組可以等效為：開始在650℃時加入1molH₂O、2molCO到達(dá)平衡，保持溫度不變，再加入1molCO達(dá)到平衡，最后再升高溫度到900℃時到達(dá)平衡；開始在650℃時加入1molH₂O、2molCO到達(dá)平衡，與第1組為等效平衡，轉(zhuǎn)化率相同，平衡時H₂為0.8mol，保持溫度不變，再加入1molCO達(dá)到平衡，平衡正向移動，平衡時H₂物質(zhì)的量大于0.8mol，升高溫度到900℃時到達(dá)平衡，氫氣的物質(zhì)的量減小，說明升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動，故逆反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，
故答案為：吸熱；
（3）a．升高溫度，平衡逆向移動，c（CH₃OH）減小，故a錯誤；
b．充入He（g），使體系壓強(qiáng)增大，由于容器為恒容容器，各組分濃度不變，平衡不移動，c（CH₃OH）不變，故b錯誤；
c．將H₂O（g）從體系中分離出來，平衡正向移動，c（CH₃OH）增大，故c正確；
d．再充入1mol CO₂和3molH₂，平衡正向移動，c（CH₃OH）增大，故d正確．
故答案為：cd．

點評 本題考查化學(xué)平衡有關(guān)計算、平衡狀態(tài)判斷、反應(yīng)自發(fā)性等，注意掌握化學(xué)平衡常數(shù)的應(yīng)用，難度中等．