问题 填空题

煤化工是以煤为原料,经过化学加工使煤转化为气体、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)△H=+131.3kJ/mol

①该反应能否自发进行与______有关;

②在一定温度下,在一个容积不变的密闭容器中发生上述反应,下列能判断该反应已达化学平衡状态的是______;

A.容器中的压强不变    B.容器中气体的密度不变

C.c(CO)=c(H2)    D.1 molH-H键断裂的同时断裂2mol H-O键

③在恒容密闭容器中加入1mol C(s)和1mol H2O(g),一定温度下充分反应达到平衡,吸收热量akJ,则a=______131.3(填“>”、“<”或“=”);若开始时加入的是2mol C(s)和1mol H2O(g),充分反应达到平衡,吸收热量为b kJ,则b______a(填“>”、“<”或“=”).

(2)将一定的CO(g)和H2O(g)分别通入到体积为2L的恒容密闭容器中进行反应:CO(g)+H2O(g)⇌CO2(g)+H2(g)

实验组温度/℃起始量/mol平衡量/mol达到平衡所需时间/min
COH2OH2CO2
1650421.61.65
2830140.80.83
3830abcdt
①实验1中的v(H2)表示的反应速率为______.

②830℃时,向容器中充入2mol CO和10mol H2O(g),反应达到平衡后,CO的转化率为______.

③若实验3要达到与实验2相似的平衡状态(即各物质的质量分数分别相等),且t<3min,则a、b应满足的关系是______(用含a、b的数学式表示)

答案

(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.

故答案为:温度.

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)=c(H2),不能说明反应到达平衡,故C错误;

D.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D正确.

故选:ABD.

③C(s)+H2O(g)═CO(g)+H2(g)△H=+131.3kJ/mol,表示1molC(s)与1molH2O(g)反应生成1molCO(g)与1molH2(g)吸收的热量为131.3kJ.可逆反应存在反应限度,反应物不能完全转化,所以a<131.3kJ.

增大固体C的用量,水蒸气的物质的量未变,平衡不移动,不影响反应热,故a=b.

故答案为:<;=.

(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)=

1.6mol
2L
5min
=0.16mol/(L•min).

故答案为:0.16mol/(L•min).

②由实验2可知,平衡时CO2、H2的物质的量分别为0.8mol、0.8mol.

对于反应     CO(g)+H2O(g)⇌CO2(g)+H2(g)

开始(mol):1       4         0       0

变化(mol):0.8     0.8       0.8     0.8

平衡(mol):0.2     3.2       0.8     0.8

所以算830℃平衡常数k=

c(CO2)•c(H2)
c(CO)•c(H2O)
=
0.8×0.8
0.2×3.2
=1

令参加反应的CO的物质的量为nmol,则

对于反应    CO(g)+H2O(g)⇌CO2(g)+H2(g)

开始(mol):2      10        0       0

变化(mol):n       n        n      n

平衡(mol):2-n    10-n      n      n

所以

n×n
(2-n)×(10-n)
=1,解得n=
5
3

所以CO的转化率为

5
3
mol
2mol
×100%=83.33%.

故答案为:83.33%.

③反应前后气体体积不变,实验2相似的平衡状态(即各物质的质量分数分别相等),为等效平衡,满足CO(g)与H2O(g)的物质的量为1:4,即a:b=1:4,b=4a,由于到达平衡时间t<3min,所以速率较实验2快,故a>1(或使用催化剂).

故答案为:b=4a,a>1(或使用催化剂).

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