Question

煤化工是以煤为原料，经过化学加工使煤转化为气体，液体，固体燃料的过程．
（1）水煤气生产原理为：C（s）+H₂O（g）CO（g）+H₂（g）；△H=+131.3kJ/mol
①该反应自发可能性______（填有或无）；
②一定温度下，在一个容积不变的密闭容器中进行水煤气生产反应，下列能判断该反应达到化学平衡状态的是______（填字母）；
A．容器内压强不变         B．容器内气体密度不变
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）正反应速率增大的是_______；
A、增加C（s）的量    B、降温   C、升温    D、充入HI
（2）将不同量CO（g）和H₂O（g）分别通入到体积为2L的恒容容器中，进行反应
CO（g）+H₂O（g）CO₂（g）+H₂（g），得到如下三组数据：

实验 组别	温度℃	起始量/mol				平衡/mol		达平衡所 需时间/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实验1中以v（CO）表示反应速率为______；
②900℃时，CO₂（g）+H₂（g） CO（g）+H₂O（g）化学平衡常数为______；
（3）研究表明：在使用等质量催化剂时，增大催化剂比表面积可提高化学反应速率，为了分别验证温度，催化剂比表面积对化学反应速率的影响规律，至少应该设计______组实验．

组别	温度	催化剂	…
1
2

Answer 1

【答案】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．
③根据影响化学反应速率的影响因素分析判断；
（2）①根据v=计算v（CO）．
②温度相同，平衡常数相同，根据实验2计算900℃平衡常数；
（3）根据实验目的验证温度、催化剂比表面积对化学反应速率的影响规律，则应保证浓度相同，然后相同温度时比较催化剂比表面积，相同催化剂比表面积时比较温度，然后利用影响化学反应速率及化学平衡的因素来分析．
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；
故答案为：有．
②A．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，容器中的压强不变，说明反应到达平衡，故A正确；
 B．容器的容积不变，随反应进行容器内气体的质量增加，所以随反应进行密度增大，容器中气体的密度不变，说明反应到达平衡，故B正确；
C．根据反应可知，自始至终c（CO）正=c（H₂O）正，若c（CO）正=c（H₂O）逆，c（H₂O）逆=C（H₂O）正，说明反应到达平衡，故C正确；
 D．根据反应可知，自始至终c（CO）正=c（H₂O）不能说明反应达到平衡，故D错误；
故答案为：ABC．
③能使C（s）+H₂O（g）CO（g）+H₂（g）正反应速率增大的因素：
A、增加C（s）的量，固体对反应速率无影响，故A不符合；
B、降温减小反应速率，正逆反应速率都减小．故不符合；
C、升温能加快反应速率，正逆反应速率都增大，故C符合；
D、充入HI与反应平衡体系不反应，所以增大体系的压强，速率增大，故D符合；
故答案为：CD．
（2）①由表可知5min内，氢气的物质的量变化量为1.6mol，容器体积为2L，所以H₂表示的反应速率v（H₂）==0.16mol/（L?min）．依据速率之比等于系数之比：
v（H₂）=V（CO）=0.16mol/（L?min）；
故答案为：0.16mol/（L?min）；
②由实验2可知，体积为2L的恒容容器，平衡时CO₂、H₂的物质的量分别为1.6mol、0.4mol
对于反应     CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
开始（mol）：2       1          b      0
变化（mol）：0.4    0.4        0.4    0.4
平衡（mol）：1.6    0.6        1.6    0.4
所以算900℃平衡常数k===
900℃时，CO₂（g）+H₂（g） CO（g）+H₂O（g）化学平衡常数为k₁==1.5
故答案为：1.5
（3）比表面积不同，则应控制温度相同，所有浓度应控制相同来验证催化剂比表面积对速率的影响；
比表面积相同，温度不同，则所有浓度应控制相同来验证反应温度对速率的影响；
比表面积相同，则应控制温度相同，验证反应温度对速率的影响；
故需要设计3组；
故答案为：3
点评：考查反应热、反应速率计算、平衡状态判断、等效平衡、平衡常数等，综合性较大，难度中等，注意三段式解题法的运用．