Question

煤化工是以煤為原料，經過化學加工使煤轉化為氣體，液體，固體燃料的過程．
（1）水煤氣生產原理為：C（s）+H₂O（g）CO（g）+H₂（g）；△H=+131.3kJ/mol
①該反應自發可能性______（填有或無）；
②一定溫度下，在一個容積不變的密閉容器中進行水煤氣生產反應，下列能判斷該反應達到化學平衡狀態的是______（填字母）；
A．容器內壓強不變         B．容器內氣體密度不變
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，進行反應
CO（g）+H₂O（g）CO₂（g）+H₂（g），得到如下三組數據：

實驗 組別	溫度℃	起始量/mol				平衡/mol		達平衡所 需時間/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實驗1中以v（CO）表示反應速率為______；
②900℃時，CO₂（g）+H₂（g） CO（g）+H₂O（g）化學平衡常數為______；
（3）研究表明：在使用等質量催化劑時，增大催化劑比表面積可提高化學反應速率，為了分別驗證溫度，催化劑比表面積對化學反應速率的影響規律，至少應該設計______組實驗．

組別	溫度	催化劑	…
1
2

Answer 1

【答案】分析：（1）①根據△G=△H-T△S判斷，△G＜0，反應自發進行．
②反應達到平衡狀態時，正逆反應速率相等，平衡時各種物質的物質的量、濃度、含量等不再發生變化，以及由此衍生的其它量不變，可由此進行判斷．
③根據影響化學反應速率的影響因素分析判斷；
（2）①根據v=計算v（CO）．
②溫度相同，平衡常數相同，根據實驗2計算900℃平衡常數；
（3）根據實驗目的驗證溫度、催化劑比表面積對化學反應速率的影響規律，則應保證濃度相同，然后相同溫度時比較催化劑比表面積，相同催化劑比表面積時比較溫度，然后利用影響化學反應速率及化學平衡的因素來分析．
解答：解：（1）①由熱化學反應方程式可知，反應為焓增，熵增過程，即△H＞0、△S＞0，△G=△H-T△S＜0反應自發進行，所以該反應自發進行；
故答案為：有．
②A．反應前后氣體的物質的量發生變化，隨反應進行氣體的物質的量增加，壓強增大，容器中的壓強不變，說明反應到達平衡，故A正確；
 B．容器的容積不變，隨反應進行容器內氣體的質量增加，所以隨反應進行密度增大，容器中氣體的密度不變，說明反應到達平衡，故B正確；
C．根據反應可知，自始至終c（CO）正=c（H₂O）正，若c（CO）正=c（H₂O）逆，c（H₂O）逆=C（H₂O）正，說明反應到達平衡，故C正確；
 D．根據反應可知，自始至終c（CO）正=c（H₂O）不能說明反應達到平衡，故D錯誤；
故答案為：ABC．
③能使C（s）+H₂O（g）CO（g）+H₂（g）正反應速率增大的因素：
A、增加C（s）的量，固體對反應速率無影響，故A不符合；
B、降溫減小反應速率，正逆反應速率都減�。�故不符合；
C、升溫能加快反應速率，正逆反應速率都增大，故C符合；
D、充入HI與反應平衡體系不反應，所以增大體系的壓強，速率增大，故D符合；
故答案為：CD．
（2）①由表可知5min內，氫氣的物質的量變化量為1.6mol，容器體積為2L，所以H₂表示的反應速率v（H₂）==0.16mol/（L?min）．依據速率之比等于系數之比：
v（H₂）=V（CO）=0.16mol/（L?min）；
故答案為：0.16mol/（L?min）；
②由實驗2可知，體積為2L的恒容容器，平衡時CO₂、H₂的物質的量分別為1.6mol、0.4mol
對于反應     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k===
900℃時，CO₂（g）+H₂（g） CO（g）+H₂O（g）化學平衡常數為k₁==1.5
故答案為：1.5
（3）比表面積不同，則應控制溫度相同，所有濃度應控制相同來驗證催化劑比表面積對速率的影響；
比表面積相同，溫度不同，則所有濃度應控制相同來驗證反應溫度對速率的影響；
比表面積相同，則應控制溫度相同，驗證反應溫度對速率的影響；
故需要設計3組；
故答案為：3
點評：考查反應熱、反應速率計算、平衡狀態判斷、等效平衡、平衡常數等，綜合性較大，難度中等，注意三段式解題法的運用．