(12分)煤化工是以煤为原料,经过化学加工使煤转化为气体、液体、固体燃料以及各种化工产品的工业过程。
(1)将水蒸气通过红热的炭即可产生水煤气。反应为:
C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g) ΔH=+131.3 kJ/mol,ΔS=+133.7 J/(K·mol)。
①该反应能否自发进行与________________有关。
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.1 mol H—H键断裂的同时断裂2 mol H—O键
c.v正(CO)=v逆(H2O)
d.c(CO)=c(H2)
(2)将不同量的CO(g)和H2O(g)分别通入到体积为2 L的恒容密闭容器中,进行反应CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g),得到如下三组数据:
实 验 组 | 温 度 /℃ | 起始量/mol | 平衡量/mol | 达到平衡所需时间/min | ||
H2O | CO | H2 | CO | |||
1 | 650 | 2 | 4 | 1.6 | 2.4 | 5 |
2 | 900 | 1 | 2 | 0.4 | 1.6 | 3 |
3 | 900 | a | b | c | d | t |
①实验1中以v(CO2)表示的反应速率为__________。
②该反应的逆反应为________(填“吸”或“放”)热反应。
③若实验3要达到与实验2相同的平衡状态(即各物质的质量分数分别相等),且t<3 min,则a、b应满足的关系是____________________(用含a、b的数学式表示)。
(3)目前工业上有一种方法是用CO2来生产甲醇。一定条件下发生反应:CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g),如图表示该反应进行过程中能量(单位为kJ/mol)的变化。在体积为1 L的恒容密闭容器中,充入1 mol CO2和3 mol H2,下列措施中能使 c(CH3OH)增大的是 。
a.升高温度 b.充入He(g),使体系压强增大
c.将H2O(g)从体系中分离出来 d.再充入1mol CO2和3mol H2
(1)①温度 ②bc
(2)①0.16mol/(L·min) ②吸③b=2a,a>1(或使用合适的催化剂)
(3)cd
解析:(1)①利用判据:△H-T△S<0,得:与温度有关
②容积可变的密闭容器,则无论是否达平衡,压强不变,故a错误
1 mol H—H键断裂,表示v逆(H2),断裂2 mol H—O键,表示v正(H2O),且两者相等,故b正确,c正确,有方程式的化学计量系数,知:无论是否达平衡,c(CO)=c(H2),故d错误;
(2)① CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)
C0 2 1 0 0
△C 0.8 0.8 0.8 0.8
C(平衡)1.2 0.2 0.8 0.8
实验1中以v(CO2)= △C(CO2)/△t=0.8mol.L-1/5 min=0.16 mol/(L·min)
并计算,得:K(650℃)=(0.8×0.8)/(1.2×0.2)=2.67
② CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)
C0 1 0.5 0 0
△C 0.2 0.2 0.2 0.2
C(平衡)0.8 0.3 0.2 0.2
同理:计算,得K(900℃) =0.17
说明:升温,K值减小,平衡左移,则逆向为吸热的
③等温、等容下的等效平衡(且压强不影响该平衡移动),即:a:b=1:2,t<3 min,,即增大反应速率,所以:a>1(或使用合适的催化剂)
(3)能使 c(CH3OH)增大,即平衡右移。
由图像,知:正向为放热的,而升温,平衡左移,故a错误,
充入He(g),与该反应无关,故b错误,
将H2O(g)从体系中分离出来,平衡右移,故c正确,
再充入1 mol CO2和3 mol H2,增大反应物浓度,平衡右移,故d正确,
科目:高中化学 来源: 题型:
[CO]?[H2] |
[H2O] |
[CO]?[H2] |
[H2O] |
实验组 | 温度/℃ | 起始量/mol | 平衡量/mol | 达到平衡所 需时间/min | ||
H2O | CO | H2 | CO | |||
1 | 650 | 2 | 4 | 1.6 | 2.4 | 5 |
2 | 900 | 1 | 2 | 0.4 | 1.6 | 3 |
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科目:高中化学 来源: 题型:
高温 |
高温 |
高温 |
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 | 0 | a | 1.6 | 2.4 | 5 |
2 | 900 | 1 | 2 | 0 | b | 0.4 | 1.6 | 3 |
高温 |
组别 | 温度 | 催化剂 | … |
1 | |||
2 | |||
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科目:高中化学 来源: 题型:阅读理解
实验组 | 温度/℃ | 起始量/mol | 平衡量/mol | 达到平衡所需时间/min | ||
CO | H2O | H2 | CO2 | |||
1 | 650 | 4 | 2 | 1.6 | 1.6 | 5 |
2 | 830 | 1 | 4 | 0.8 | 0.8 | 3 |
3 | 830 | a | b | c | d | t |
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科目:高中化学 来源: 题型:阅读理解
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科目:高中化学 来源: 题型:阅读理解
实验组 | 温度/℃ | 起始量/mol | 平衡量/mol | 达到平衡所需时间/min | ||
H2O | CO | H2 | CO | |||
1 | 650 | 2 | 4 | 1.6 | 2.4 | 5 |
2 | 900 | 1 | 2 | 0.4 | 1.6 | 3 |
3 | 900 | a | b | c | d | t |
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