Question

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，固體燃料的過程．
（1）水煤氣生產(chǎn)原理為：C（s）+H₂O（g）CO（g）+H₂（g）；△H=+131.3kJ/mol
①該反應(yīng)自發(fā)可能性______（填有或無(wú)）；
②一定溫度下，在一個(gè)容積不變的密閉容器中進(jìn)行水煤氣生產(chǎn)反應(yīng)，下列能判斷該反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的是______（填字母）；
A．容器內(nèi)壓強(qiáng)不變         B．容器內(nèi)氣體密度不變
C．v（CO）_正=v（H₂O）_逆      D．c（CO）=c（H₂）
③下列措施能使C（s）+H₂O（g）CO（g）+H₂（g）正反應(yīng)速率增大的是_______；
A、增加C（s）的量    B、降溫   C、升溫    D、充入HI
（2）將不同量CO（g）和H₂O（g）分別通入到體積為2L的恒容容器中，進(jìn)行反應(yīng)
CO（g）+H₂O（g）CO₂（g）+H₂（g），得到如下三組數(shù)據(jù)：

實(shí)驗(yàn) 組別	溫度℃	起始量/mol				平衡/mol		達(dá)平衡所 需時(shí)間/min
		H2O	CO	H2	CO2	H2	CO2
1	650	2	4		a	1.6	2.4	5
2	900	1	2		b	0.4	1.6	3

①實(shí)驗(yàn)1中以v（CO）表示反應(yīng)速率為______；
②900℃時(shí)，CO₂（g）+H₂（g） CO（g）+H₂O（g）化學(xué)平衡常數(shù)為______；
（3）研究表明：在使用等質(zhì)量催化劑時(shí)，增大催化劑比表面積可提高化學(xué)反應(yīng)速率，為了分別驗(yàn)證溫度，催化劑比表面積對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響規(guī)律，至少應(yīng)該設(shè)計(jì)______組實(shí)驗(yàn)．

組別	溫度	催化劑	…
1
2

Answer 1

【答案】分析：（1）①根據(jù)△G=△H-T△S判斷，△G＜0，反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行．
②反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，平衡時(shí)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(jìn)行判斷．
③根據(jù)影響化學(xué)反應(yīng)速率的影響因素分析判斷；
（2）①根據(jù)v=計(jì)算v（CO）．
②溫度相同，平衡常數(shù)相同，根據(jù)實(shí)驗(yàn)2計(jì)算900℃平衡常數(shù)；
（3）根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康尿?yàn)證溫度、催化劑比表面積對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響規(guī)律，則應(yīng)保證濃度相同，然后相同溫度時(shí)比較催化劑比表面積，相同催化劑比表面積時(shí)比較溫度，然后利用影響化學(xué)反應(yīng)速率及化學(xué)平衡的因素來(lái)分析．
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(jìn)行，所以該反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行；
故答案為：有．
②A．反應(yīng)前后氣體的物質(zhì)的量發(fā)生變化，隨反應(yīng)進(jìn)行氣體的物質(zhì)的量增加，壓強(qiáng)增大，容器中的壓強(qiáng)不變，說明反應(yīng)到達(dá)平衡，故A正確；
 B．容器的容積不變，隨反應(yīng)進(jìn)行容器內(nèi)氣體的質(zhì)量增加，所以隨反應(yīng)進(jìn)行密度增大，容器中氣體的密度不變，說明反應(yīng)到達(dá)平衡，故B正確；
C．根據(jù)反應(yīng)可知，自始至終c（CO）正=c（H₂O）正，若c（CO）正=c（H₂O）逆，c（H₂O）逆=C（H₂O）正，說明反應(yīng)到達(dá)平衡，故C正確；
 D．根據(jù)反應(yīng)可知，自始至終c（CO）正=c（H₂O）不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡，故D錯(cuò)誤；
故答案為：ABC．
③能使C（s）+H₂O（g）CO（g）+H₂（g）正反應(yīng)速率增大的因素：
A、增加C（s）的量，固體對(duì)反應(yīng)速率無(wú)影響，故A不符合；
B、降溫減小反應(yīng)速率，正逆反應(yīng)速率都減�。�故不符合；
C、升溫能加快反應(yīng)速率，正逆反應(yīng)速率都增大，故C符合；
D、充入HI與反應(yīng)平衡體系不反應(yīng)，所以增大體系的壓強(qiáng)，速率增大，故D符合；
故答案為：CD．
（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）==0.16mol/（L?min）．依據(jù)速率之比等于系數(shù)之比：
v（H₂）=V（CO）=0.16mol/（L?min）；
故答案為：0.16mol/（L?min）；
②由實(shí)驗(yàn)2可知，體積為2L的恒容容器，平衡時(shí)CO₂、H₂的物質(zhì)的量分別為1.6mol、0.4mol
對(duì)于反應(yīng)     CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
開始（mol）：2       1          b      0
變化（mol）：0.4    0.4        0.4    0.4
平衡（mol）：1.6    0.6        1.6    0.4
所以算900℃平衡常數(shù)k===
900℃時(shí)，CO₂（g）+H₂（g） CO（g）+H₂O（g）化學(xué)平衡常數(shù)為k₁==1.5
故答案為：1.5
（3）比表面積不同，則應(yīng)控制溫度相同，所有濃度應(yīng)控制相同來(lái)驗(yàn)證催化劑比表面積對(duì)速率的影響；
比表面積相同，溫度不同，則所有濃度應(yīng)控制相同來(lái)驗(yàn)證反應(yīng)溫度對(duì)速率的影響；
比表面積相同，則應(yīng)控制溫度相同，驗(yàn)證反應(yīng)溫度對(duì)速率的影響；
故需要設(shè)計(jì)3組；
故答案為：3
點(diǎn)評(píng)：考查反應(yīng)熱、反應(yīng)速率計(jì)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(yùn)用．