Question

9．水煤氣 （主要成分：CO、H₂ ） 是重要燃料和化工原料，可用水蒸氣通過熾熱的炭層制得：
C （s）+H₂O（g）?CO （g）+H₂ （g）；△H=+131.3kJ•mol^-1
（1）某溫度下，四個容器中均進行著上述反應，各容器中炭足量，其它物質的物質的量濃度及正逆反應速率關系如下表所示．請?zhí)顚懕碇邢鄳�的空格�?br />

容器編號	c（H2O）/mol•L-1	c（CO）/mol•L-1	c（H2）/mol•L-1	V正、V逆比較
Ⅰ	0.06	0.60	0.10	V正=V逆
Ⅱ	0.06	0.50	0.40	？
Ⅲ	0.12	0.40	0.80	V正＜V逆
Ⅳ	0.12	0.30	？	V正=V逆

（2）另有一個容積可變的密閉容器．恒溫恒壓下，向其中加入1.0mol炭和 1.0mo l水蒸氣 （H₂¹⁶O），發(fā)生上述反應，達到平衡時，容器的體積變?yōu)樵瓉淼?.25 倍．平衡時水蒸氣的轉化率為25%；向該容器中補充 a mol 炭，水蒸氣的轉化率將不變（填“增大”、“減小”、“不變”），再補充 a mol 水蒸氣 （H₂¹⁸O），最終容器中C¹⁶O和C¹⁸O 的物質的量之比為1：a．
（3）己知：C （s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO （g）；△H=-110.5kJ•mo1^-1
 CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂ （g）；△H=-283.0kJ•mo1^-1
 H₂ （g）+$\frac{1}{2}$O₂ （g）═H₂O （g）；△H=-241.8kJ•mo1^-1
那么，將2.4g 炭完全轉化為水煤氣，然后再燃燒，整個過程△H=-78.7kJ•mo1^-1．

Answer 1

分析 （1）I處于平衡狀態(tài)，根據(jù)K=$\frac{c（CO）×c（{H}_{2}）}{c（{H}_{2}O）}$計算平衡常數(shù)，再計算Ⅱ中濃度商Qc，若Qc=K，處于平衡狀態(tài)，若Qc＞K，反應向逆反應方向進行，若Qc＜K，反應向正反應方向進行；
Ⅳ也處于平衡狀態(tài)，根據(jù)平衡常數(shù)計算氫氣的濃度；
（2）恒溫恒壓下，向其中加入1.0mol炭和 1.0mo l水蒸氣 （H₂¹⁶O），發(fā)生上述反應，達到平衡時，容器的體積變?yōu)樵瓉淼?.25 倍，平衡時混合氣體總物質的量為1mol×1.25=1.25mol，由方程式可知消耗1mol水蒸氣混合氣體物質的量增大1mol，故反應的水蒸氣為1.25mol-1mol=0.25mol，進而計算平衡時水蒸氣的轉化率；
向該容器中補充 a mol 炭，平衡不移動，水蒸氣的轉化率不變，再補充 a mol 水蒸氣 （H₂¹⁸O），恒溫恒壓下，與原平衡為等效平衡，平衡時水蒸氣轉化率相同，根據(jù)水的轉化率計算生成CO物質的量；
（3）計算2.4gC與水反應生成的CO和H₂的物質的量，根據(jù)熱化學方程式，計算2.4gC生成水煤氣吸收的熱量，CO、氫氣燃燒放出的熱量，進而計算整個過程放出的熱量，可得整個過程的焓變．

解答 解：（1）Ⅰ達到平衡狀態(tài)，平衡常數(shù)K=$\frac{c（CO）×c（{H}_{2}）}{c（{H}_{2}O）}$=$\frac{0.6×0.1}{0.06}$=1，
Ⅱ中Qc=$\frac{0.4×0.5}{0.06}$=3.33＞1，則反應向逆反應方向移動，即V_正＜V_逆，
反應Ⅳ中V_正=V_逆，說明反應達平衡狀態(tài)，則有$\frac{0.3×c（{H}_{2}）}{0.12}$=1，解得c（H₂）=0.4mol/L，
故答案為：容器Ⅱ：＞；容器Ⅳ：0.4；
（2）恒溫恒壓下，向其中加入1.0mol炭和 1.0mo l水蒸氣 （H₂¹⁶O），發(fā)生上述反應，達到平衡時，容器的體積變?yōu)樵瓉淼?.25 倍，平衡時混合氣體總物質的量為1mol×1.25=1.25mol，由方程式可知消耗1mol水蒸氣混合氣體物質的量增大1mol，故反應的水蒸氣為1.25mol-1mol=0.25mol，平衡時水蒸氣的轉化率為$\frac{0.25mol}{1mol}$×100%=25%；
增加固體碳，對反應速率和化學平衡都沒有影響，水蒸氣的轉化率不變；
恒溫恒壓下，再補充 a mol 水蒸氣 （H₂¹⁸O），平衡狀態(tài)不變，為等效平衡，水的轉化率相等，則有生成的C¹⁸O 的物質的量為a×25%=0.25a，原平衡時生成的C¹⁶O為0.25mol，則C¹⁶O和C¹⁸O 的物質的量之比為0.25：0.25a=1：a，
故答案為：25%；不變；1：a；
（3）n（C）=$\frac{2.4g}{12g/mol}$=0.2mol，與水反應生成0.2molCO和0.2molH₂，反應吸收的熱量為0.2mol×131.3KJ/mol=26.26KJ，
0.2molCO完全燃燒放出的熱量為0.2mol×283KJ/mol=56.6KJ，
0.2molH₂完全燃燒放出的熱量為0.2mol×241.8KJ/mol=48.36KJ，
所以將2.4g 炭完全轉化為水煤氣，然后再燃燒，整個過程放出的熱量為56.6KJ+48.36KJ-26.26KJ=78.7KJ，
故整個過程△H=-78.7kJ•mol^-1，
故答案為：-78.7．

點評 本題考查化學平衡計算與影響因素、平衡常數(shù)應用、反應熱計算等，難度中等．