Question

現(xiàn)代工業(yè)將煤炭氣化，既可以提高燃料的利用率、減少CO、SO₂等的排放，又可以擴(kuò)大水煤氣的廣泛用途．
（1）已知：①2C（s）+O₂（g）=2CO（g）△H₁；    
②2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l）△H₂；
③H₂O（g）=H₂O（l）△H₃．
則反應(yīng)C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H=

 

（用含△H₁、△H₂、△H₃的代數(shù)式表示）
（2）CO和H₂在一定條件下合成甲醇的反應(yīng)為：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₄．
現(xiàn)在容器均為10L的a、b、c、d、e五個(gè)密閉容器中分別充入10mol CO和20mol H₂的混合氣體，控制溫度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，測(cè)得相關(guān)數(shù)據(jù)如圖1和圖2．

①該反應(yīng)的△H₄

 

0（填“＞”、“＜”或“=”，下同）；該反應(yīng)平衡常數(shù)的關(guān)系為K₁

 

K₂；
②300℃時(shí)，從反應(yīng)開始到達(dá)到化學(xué)平衡，以H₂濃度變化表示的化學(xué)反應(yīng)速率是

 

；計(jì)算出此溫度下的平衡常數(shù)為

 

．
③500℃時(shí)，將容器的容積壓縮至原來的1/2，在其他條件不變的情況下，對(duì)平衡體系產(chǎn)生的影響是

 

（填字母）．
a．H₂的體積分?jǐn)?shù)減小                  b．正反應(yīng)速率加快，逆反應(yīng)速率減慢
c．氣體壓強(qiáng)增加一倍                   d．重新平衡時(shí)c（H₂）/c（CH₃OH）減小
④從平衡狀態(tài)c轉(zhuǎn)到d（見圖2），除升高溫度外，還可以采用的措施有

 

（寫出一條即可）．判斷該可逆反應(yīng)在c裝置中達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的標(biāo)志是

 

（填字母）．
a．v （CO消耗）=2v （H₂生成）                 b．混合氣體的密度不再改變
c．混合氣體的平均分子質(zhì)量不再改變      d．CO、H₂、CH₃OH的濃度之比為1：2：1．

Answer 1

考點(diǎn)：物質(zhì)的量或濃度隨時(shí)間的變化曲線,化學(xué)平衡的影響因素,化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷

專題：化學(xué)平衡專題

分析：（1）依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算得到；
（2）①根據(jù)圖1升判斷出溫度對(duì)平衡的影響，從圖象可以看出，升高溫度，甲醇的物質(zhì)的量減少，說明正反應(yīng)是放熱反應(yīng)；根據(jù)正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度降低，平衡正向移動(dòng)，平衡常數(shù)增大；
②利用三段式進(jìn)行計(jì)算；根據(jù)平衡常數(shù)的定義計(jì)算；
③該反應(yīng)為體積減小的反應(yīng)，容積壓縮至原來的1/2，增大壓強(qiáng)，正逆反應(yīng)速率都增大，平衡正向移動(dòng)，氫氣的體積分?jǐn)?shù)減小，c（H₂）/c（CH₃OH）減小，平衡移動(dòng)后壓強(qiáng)小于原來的2倍，據(jù)此判斷；
④從平衡狀態(tài)c轉(zhuǎn)到d，甲醇含量下降，說明平衡逆向移動(dòng)，可以采用減小壓強(qiáng)的措施，根據(jù)平衡狀態(tài)的判斷標(biāo)志作判斷．

解答： 解：（1）2C（s）+O₂（g）=2CO（g）△H₁ ①
2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H₂ ②
蓋斯定律得①-②得：2C（s）+2H₂O（g）?2CO（g）+2H₂（g）△H₁-△H₂，
則反應(yīng)C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）△H=

△H1-△H2

2

；
故答案為：

△H1-△H2

2

；
（2）①圖1可以看出，甲醇的物質(zhì)的量為0.6mol的曲線溫度大，說明升高溫度，甲醇的物質(zhì)的量減少，即平衡逆向移動(dòng)，說明正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，所以△H₃＜0；
因正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度降低，平衡正向移動(dòng)，平衡常數(shù)增大，所以說低溫時(shí)平衡常數(shù)大；
故答案為：＜；＞；
②利用三段式
             CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始（mol）   10      20         0
轉(zhuǎn)化（mol）   8       16         8
平衡（mol）   2        4         8
H₂的反應(yīng)速率為

16mol 10L

40min

=0.04mol/（L?min）
平衡常數(shù)為

c(CH3OH)

c(CO)?c2(H2)

=

8 10

2 10 ×( 4 10 )2

=25，
故答案為：0.04mol/（L?min）；25；
③該反應(yīng)為體積減小的反應(yīng)，容積壓縮至原來的1/2，增大壓強(qiáng)，正逆反應(yīng)速率都增大，平衡正向移動(dòng)，氫氣的體積分?jǐn)?shù)減小，c（H₂）/c（CH₃OH）減小，平衡移動(dòng)后壓強(qiáng)小于原來的2倍，故選ad；
④從平衡狀態(tài)c轉(zhuǎn)到d，甲醇含量下降，說明平衡逆向移動(dòng)，可以采用減小壓強(qiáng)的措施，根據(jù)平衡狀態(tài)的判斷標(biāo)志可知：
a．當(dāng)2v （CO消耗）=v （H₂生成）時(shí)，正逆反應(yīng)才相等，故不能說明反應(yīng)處于平衡狀態(tài)；      
b．反應(yīng)前后體積不變，氣體質(zhì)量守恒，所以混合氣體的密度不變，不能說明反應(yīng)處于平衡狀態(tài)；  
c．反應(yīng)前后氣體的物質(zhì)的量變化，質(zhì)量守恒，所以混合氣體的平均分子質(zhì)量不再改變時(shí)，說明反應(yīng)處于平衡狀態(tài)；
d．CO、H₂、CH₃OH的濃度之比為1：2：1，不能說明反應(yīng)處于平衡狀態(tài)；
故答案為：減小壓強(qiáng)；c．

點(diǎn)評(píng)：本題主要考查蓋斯定律、反應(yīng)速率的計(jì)算、平衡常數(shù)的計(jì)算、影響平衡的因互等知識(shí)點(diǎn)，中等難度．