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【题目】煤是一种重要的化工原料,人们将利用煤制取的水煤气、焦炭、甲醚等广泛用于工农业生产中。
(1)已知:①C(s)+H2O(g)═CO(g)+H2(g) △H=+131.3kJ·mol-1
②CO2(g)+H2(g)═CO(g)+H2O(g) △H=+41.3kJ·mol-1
则碳与水蒸气反应生成二氧化碳和氢气的热化学方程式为。该反应在(填“高温”、“低温”或“任何温度”)下有利于正向自发进行。
(2)有人利用炭还原法处理氮氧化物,发生反应C(s)+2NO(g) N2(g)+CO2(g)。向某密闭容器中加入一定量的活性炭和NO,在T1℃时,不同时间测得各物质的浓度如下表所示:

时间(min)
浓度(mol·L-1)

0

10

20

30

40

50

NO

1.00

0.68

0.50

0.50

0.60

0.60

N2

0

0.16

0.25

0.25

0.30

0.30

CO2

0

0.16

0.25

0.25

0.30

0.30

①10~20min内,N2的平均反应速率v(N2)=
②30min后,只改变某一条件,反应重新达到平衡,根据上表中的数据判断改变的条件可能是填字母序号)。
A.通入一定量的NO B.加入一定量的活性炭
C.加入合适的催化剂 D.适当缩小容器的体积
(3)研究表明:反应CO(g)+H2O(g) H2(g)+CO2(g)平衡常数随温度的变化如下表所示:

温度/℃

400

500

800

平衡常数K

9.94

9

1

若反应在500℃时进行,设起始时CO和H2O的浓度均为0.020mol·L-1 , 在该条件下达到平衡时,CO的转化率为

【答案】
(1)C(s)+2H2O(g)=CO2(g)+2H2(g) △H=+90KJ·mol-1;高温
(2)0.009 mol·L-1;AD
(3)75%
【解析】(1)根据盖斯定律:①-②即得到C(s)+2H2O(g)=CO2(g)+2H2(g) ΔH=+90.0 kJ·mol-1。该反应是吸热的体积增加的可逆反应,则根据ΔG=ΔH-T·ΔS可知反应在高温下自发进行。
(2)①根据图表信息,10~20min内氮气的浓度变化为(0.25-0.16)mol/L=0.09mol/L,N2的平均反应速率v(N2)=0.09mol/L÷10min=0.009mol/(L·min)或0.00015 mol/(L·S);②30min后,只改变某一条件,反应重新达到平衡,各物质的浓度同等程度的增大,但平衡不移动,由于该反应是反应前后气体体积不变的反应,所以是改变压强所致,因此改变的条件可能是A、通入一定量的NO或D、适当缩小容器的体积;而B项中活性炭是固体,加入一定量的活性炭,各物质的浓度不会增大,C项中加入合适的催化剂只能加快化学反应速率,各物质的浓度不会增大,答案选AD。
(3)

CO(g)+

H2O(g)

H2(g)+

CO2(g)

起始(mol/L)

0.020

0.020

0

0

转化(mol/L)

n

n

n

n

平衡(mol/L)

0.020-n

0.020-n

n

n


则(n×n)÷(0.020-n)×(0.020-n)=K=9 ,解得n=0.015,该条件下达到平衡时,CO的转化率为(0.015/0.020)×100%=75%。
【考点精析】根据题目的已知条件,利用化学平衡状态的判断的相关知识可以得到问题的答案,需要掌握状态判断:①v(B)=v(B)②v(C):v(D)=x : y③c(C)、C%、n(C)%等不变④若A、B、C、D为气体,且m+n≠x+y,压强恒定⑤体系颜色不变⑥单位时间内某物质内化学键的断裂量等于形成量⑦体系平均式量恒定(m+n ≠ x+y)等.

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