煤化工中两个重要反应为①C（s）+H2O（g）═H2（g）+CO（g）△H=+131.3kJ•mol-1，②CO（g）+H2O（g）催化剂△CO2（g）+H2（g）．（1）下列说法正确

Question

煤化工中两个重要反应为①C（s）+H₂O（g）═H₂（g）+CO（g）△H=+131.3kJ•mol^-1，②CO（g）+H₂O（g）

催化剂

△

CO₂（g）+H₂（g）．
（1）下列说法正确的是___．
A．当反应①的容器中混合气体的密度不再变化时反应达到最大限度
B．反应②的熵变△S>0
C．反应①中增加C固体的量能增大反应速率
D．在反应中②及时分离出产生的H₂对正反应速率无影响
（2）若工业上要增加反应①的速率，最经济的措施为___．
（3）现将不同量的CO（g）和H₂O（g）分别通入2L恒容密闭容器中进行反应，得到如表三组数据：

实验组	温度/℃	起始量/mol		平衡量/mol		达到平衡所 需时间/min
		CO	H2O	H2	CO2
I	650	4	2	1.6	1.6	5
Ⅱ	900	2	1	0.5	0.5	3
Ⅲ	900	a	b	c	d	t

①实验I中，从反应开始到反应达到平衡时，H₂O的平均反应速率为___．
②CO（g）和H₂O（g）反应的△H___0 （ 填“大于”、“小于”或“等于”）
③实验III中，若平衡时，CO的转化率大于水蒸气，则a、b必须满足的关系是___，与实验Ⅱ相比，化学平衡常数___（填“增大”、“减小”或“不变”）．
④若在900℃时，实验II反应达到平衡后，向此容器中再加入1mol CO、0.5mol H₂O、0.2mol CO₂、0.5mol H₂，平衡向___方向移动（填“正反应”、“逆反应”“不移动”）．
（4）CO、H₂可用于甲醇和甲醚，其反应为（m、n均大于0）：
反应①：CO（g）+2H₂（g）⇌CH₃OH（g）△H=-mkJ•mol^-1
反应②：2CO（g）+4H₂（g）⇌CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-nkJ•mol^-1
反应③：2CH₃OH（g）⇌CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H<0
则m与n的关系为___．

Answer 1

（1）A．因为反应①可知反应物C为固体，所以反应前后质量在变，又体积固定，所以当反应①的密度是变化值，当密度不再变化时反应达到最大限度，故A正确；
B．反应物和生成物都是气体，且化学计量总数相等，故该反应的△S无法判断，故B错误；
C．碳为固体，增加其量不会影响反应速率，故C错误；
D．在反应中②及时分离出产生的H₂相当于减小了反应物的浓度，逆反应速率瞬时减小，正反应速率会逐渐减小，故D错误；
故选：A；
（2）根据反应①的特点，增加反应速率最经济的方法有：一是将C固体粉碎，增加反应接触面积从而增加反应速率，二是增加水蒸气的浓度来增加反应速率，三是采用合适的催化剂来提高反应速率，故答案为：粉碎煤炭、增加H₂O的浓度、使用合适的催化剂；
（3）①根据方程式可知v（H₂O）=v（CO₂），则v（H₂O）=v（CO₂）=((2-1.6)/(2))/(5)=0.04mol/（L•min），故答案为：0.04mol/（L•min）；
②实验I达平衡时，
H₂O（g）+CO（g） CO₂（g）+H₂（g）
初始 1mol/L 2mol/L 0 0
转化 0.8mol/L 0.8mol/l 0.8mol/l 0.8mol/l
平衡 0.2mol/L 1.2mol/L 0.8mol/l 0.8mol/l
根据K=(c(CO2)•c(H2))/(c(CO)•c(H2O))计算可得该反应在650℃时平衡常数数值为K=(0.8×0.8)/(0.2×1.2)=2.67，
实验Ⅱ达平衡时，H₂O（g）+CO（g） CO₂（g）+H₂（g）
初始 1mol/L 0.5mol/L 0 0
转化 0.25mol/L 0.25mol/l 0.25mol/l 0.25mol/l
平衡 0.75mol/L 0.25mol/L 0.25mol/l 0.25mol/l
根据K=(c(CO2)•c(H2))/(c(CO)•c(H2O))计算可得该反应在900℃时平衡常数数值为K=(0.25×0.25)/(0.25×0.75)=(1)/(3)，可见温度升高K减小，反应为放热反应，△H<0
故答案为：小于；
③CO（g）+H₂O（g）CO₂（g）+H₂（g）反应中，CO和H₂O的计量数相同，当CO和水蒸气的物质的量相等时二者转化率相等，故当水蒸气的物质的量大于CO时，CO的转化率大于水蒸气，则a<b；又平衡常数仅与温度有关，所以实验III中与实验Ⅱ相比，化学平衡常数不变；
故答案为：a<b；不变；
④在900℃时，实验II反应达到平衡后，向此容器中再加入1molCO、0.5mol H₂O、0.2mol CO₂、0.5mol H₂，此时有2.5molCO、1mol H₂O、0.7mol CO₂、1mol H₂，则c（CO）=1.25mol•L^-1，c（H₂O）=0.5mol•L^-1，c（CO₂）=0.35mol•L^-1，c（H₂）=0.5mol•L^-1，此时Q=(c(CO2)•c(H2))/(c(CO)•c(H2O))=0.28<K，故反应应向正反应方向进行，故答案为：正反应；
（4）①：CO（g）+2H₂（g）⇌CH₃OH（g）△H=-mkJ•mol^-1
②：2CO（g）+4H₂（g）⇌CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-nkJ•mol^-1
③：2CH₃OH（g）⇌CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H<0
根据盖斯定律，②-①×2可得③：2CH₃OH（g）⇌CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=（2m-n）<0，所以n>2m，故答案为：n>2m．