Question

煤化工是以煤为原料，经过加工使煤转化为气体、液体、固体燃料以及各种化工产品的工业过程．
（1）将水蒸气通过红热的碳可产生水煤气．反应为：
C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）△H=+131.3kJ?mol^-1△S=+133.7J?mol^-1?K^-1
①该反应能否自发进行与

 

有关，298℃时

 

（填“能”或“不能”）自发．
②一定温度下，在一个容积可变的密闭容器中发生上述反应，下列能判断该反应达到化学平衡状态的是

 

（填字母，下同）．
a．容器中的压强不变    b.1mol H-H键断裂的同时断裂2molH-O键
c．v_正（CO）=v_逆（H₂O）    d．c（CO）=c（H₂） e．容器内气体总物质的量不变
（2）该反应的平衡常数表达式为K=

 

．
（3）升高温度，其平衡常数

 

（填”增大”“减小”或”不变”）．
（4）达到平衡后，改变某一外界条件（不改变H₂、CO的量），反应速率v与时间t的关系如右图．图中t₄时引起平衡移动的条件可能是

 

；图中表示平衡混合物中CO的含量最高的一段时间是

 

．

Answer 1

考点：反应热和焓变,化学平衡常数的含义,化学平衡的影响因素,化学平衡状态的判断

专题：化学反应中的能量变化,化学平衡专题

分析：（1）①根据△G=△H-T△S判断，△G＜0，反应自发进行．
②反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，平衡时各种物质的物质的量、浓度、含量等不再发生变化，以及由此衍生的其它量不变，可由此进行判断．
（2）依据化学方程式和平衡常数概念书写；
（3）依据反应是吸热反应，升温平衡向吸热反应方向进行分析；
（4）若不改变H₂、CO的量，由图可知，t₄时瞬间正、逆反应都增大，平衡向逆反应移动，改变条件为压缩体积增大压强；t₆时瞬间正、逆反应都增大，平衡不移动，故应是加入催化剂，t₂时改变改变条件，平衡向正反应移动，在t₃时重新到达平衡，t₄时改变条件，平衡向逆反应移动，t₅时由达平衡，故t₃～t₄平衡状态CO的含量最高；

解答： 解：（1）①由热化学反应方程式可知，反应为焓增，熵增过程，即△H＞0、△S＞0，△G=△H-T△S＜0反应自发进行，所以该反应自发进行，受温度影响，298℃时，△H=+131.3kJ?mol^-1△S=+133.7J?mol^-1?K^-1，△G=△H-T△S=+131.3kJ?mol^-1-（298+273）K×（+133.7×10^-3KJ?mol^-1）?K^-1=54.96KJ/mol＞0，说明反应非自发进行；
故答案为：温度；不能；
②C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）△H=+131.3kJ?mol^-1，反应是气体体积增大的吸热反应，
a．一定温度下，在一个容积可变的密闭容器中发生上述反应，反应前后气体的物质的量发生变化，随反应进行气体的物质的量增加，压强增大，保持恒压，容器中的压强始终不变，不能说明反应到达平衡，故a错误；
 b．1 molH-H键断裂的同时断裂2mol H-O键，断裂2mol H-O键同时生成l molH-H键，说明反应到达平衡，故b正确．
c．反应速率之比等于化学方程式计量数之比，v_正（CO）=v_逆（H₂O），说明水的正反应速率和逆反应速率相同，反应达到平衡状态，故c正确；
d．根据反应可知，自始至终c（CO）=c（H₂），不能说明反应到达平衡，故d错误；
e．反应前后气体的物质的量发生变化，容器内气体总物质的量不变，说明反应达到平衡状态，故e正确；
故选：bce．
（2）C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）△H=+131.3kJ?mol^-1，固体不能写入平衡常数表达式，反应的平衡常数为：K=

c(CO)?c(H2)

c(H2O)

；
故答案为：

c(CO)c(H2)

c(H2O)

；
（3）反应是吸热反应，升温平衡正向进行，平衡常数增大；
故答案为：增大；
（4）若不改变H₂、CO的量，由图可知，t₄时瞬间正、逆反应都增大，平衡向逆反应移动，改变条件为压缩体积增大压强；t₆时瞬间正、逆反应都增大，平衡不移动，故应是加入催化剂，t₂时改变改变条件，平衡向正反应移动，在t₃时重新到达平衡，t₄时改变条件，平衡向逆反应移动，t₅时由达平衡，故t₃～t₄平衡状态CO的含量最高；
故答案为：增大压强，t₃---t₄；

点评：本题考查化学平衡常数与影响因素、平衡状态判断、影响平衡移动的因素与平衡图象等，比较基础，注意方程式中物质的状态，理解外界条件对反应速率的影响，题目难度中等．