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)已知在25 ℃、101 kPa时,C(s)、H2(g)和CO(g)燃烧的热化学方程式分别为:
C(s)+O2(g)
CO2(g) ΔH1="-393.5" kJ/mol;
H2(g)+
O2(g)H2O(g) ΔH2="-241.8" kJ/mol;
CO(g)+O2(g)CO2(g) ΔH3="-283.0" kJ/mol;
①则C(s)+H2O(g)
CO(g)+H2(g) ΔH= ,该反应平衡常数的表达式为K= ;升高温度,则K值 (填“变大”、“变小”或“不变”)。
②如果①反应在容积不变的密闭容器中进行,当反应达到平衡时 (填编号)。
a.v正(CO)∶v逆(H2)=1∶1
b.碳的质量保持不变
c.v正(CO)=v逆(H2O)
d.容器中的压强不变
③在容积不变的密闭容器中进行①反应,可以使c(CO)增大的是 。
a.升高温度
b.充入He(g),使体系压强增大
c.将H2(g)从体系中分离出来
d.加入催化剂
(2)将不同量的CO(g)和H2O(g)分别通入体积为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2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 |
②向实验2的平衡混合物中再加入0.4 mol H2O(g)和0.4 mol CO2,达到新平衡时CO的转化率 (填“变大”、“变小”或“不变”)。
(1)①+131.3 kJ/mol 
变大
②abcd ③ac
(2)①0.16 mol/(L·min) ②变小
(1)①根据盖斯定律,可得ΔH="+131.3" kJ/mol,为吸热反应,升高温度,平衡正向移动,平衡常数变大;②a项,生成CO的速率等于生成H2的速率又等于消耗H2的速率,正确;b项,碳的质量保持不变,则气体的量不变,正确;c项,CO的生成速率等于H2O的消耗速率又等于H2O的生成速率,正确;d项,该反应气体计量数之和前后不同,则压强不变,能说明反应达到平衡,正确;③升高温度,平衡正向移动,c(CO)增大,a正确;充入He(g),压强增大,但平衡不移动,c(CO)不变,b错误;将H2(g)从体系中分离出来,平衡正向移动,c(CO)增大,c正确;催化剂不改变平衡状态,d错误。
(2)①可以先求出v(CO)=
mol/(L·min)="0.16" mol/(L·min),根据反应速率之比等于计量数之比,
则v(CO2)="0.16" mol/(L·min);
②根据三段式计算,求得平衡状态各物质的物质的量,
CO(g)+H2O(g)
CO2(g)+H2(g)
起始量mol: 2 1 0 0
转化量mol: 0.4 0.4 0.4 0.4
平衡量mol: 1.6 0.6 0.4 0.4
容器体积为2 L,则K=
=
=
,再加入0.4 mol H2O(g)和0.4 mol CO2,Qc==
=
＞,根据化学平衡常数只与温度有关,即K不变,则平衡逆向移动,故CO转化率变小。