Question

煤化工中常常需研究不同溫度下的平衡常數(shù)、投料比及熱值等問題．
（1）在一定條件下：①C（g）+CO₂（g）?2CO（g）△H₁
②C（g）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）△H₂
③CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）△H₃
則△H₁、△H₂、△H₃之間的關(guān)系是

 

．
如果在一定溫度下，三個(gè)反應(yīng)的平衡常數(shù)分別為K₁、K₂ 和K₃；K₁、K₂、K₃之間的關(guān)系是

 

．
（2）CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）平衡常數(shù)隨溫度變化如表1：
                表1：

溫度∕℃	400	500	800
平衡常數(shù)	9.94	9	1

①上述正反應(yīng)是

 

（填“放熱”或“吸熱”）反應(yīng)．
②800℃發(fā)生上述反應(yīng)，以表2中的物質(zhì)的量投入恒容反應(yīng)器，其中向正反應(yīng)方向移動(dòng)才能建立化學(xué)平衡的有

 

（填序號(hào)）
                 表2：

	A	B	C	D	E
n（CO2）	3	1	0	1	1
n（H2）	2	1	0	1	2
n（CO）	1	2	3	0.5	3
n（H2O）	5	2	3	2	1

③若反應(yīng)在500℃進(jìn)行，CO、H₂O的起始濃度均為0.02mol∕L，在該條件下，CO的最大轉(zhuǎn)化率為

 

．
④若反應(yīng)在800℃進(jìn)行，設(shè)起始CO和H₂O（g）共5mol，水蒸氣的體積分?jǐn)?shù)為x；平衡時(shí)CO轉(zhuǎn)化率為y，則y隨x變化的函數(shù)關(guān)系式為：y=

 

．
⑤在V L密閉容器中通入CO和H₂O（g）各10mol，在T℃達(dá)到平衡，然后急速除去水蒸氣（除水蒸氣時(shí)各物質(zhì)的物質(zhì)的量不變），將混合氣體燃燒，測(cè)得放出的熱量為2842kJ，則T℃平衡常數(shù)K=

 

．（CO的燃燒熱283kJ?mol^-1，H₂的燃燒熱286kJ?mol^-1）

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)平衡的計(jì)算,用蓋斯定律進(jìn)行有關(guān)反應(yīng)熱的計(jì)算,化學(xué)平衡的影響因素

專題：化學(xué)反應(yīng)中的能量變化,化學(xué)平衡專題

分析：（1）根據(jù)蓋斯定律計(jì)算得到答案；根據(jù)化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式解答；
（2）①由表可知，溫度越高，平衡常數(shù)越小，反應(yīng)進(jìn)行程度越小，平衡向逆反應(yīng)移動(dòng)，升高溫度平衡向吸熱方向移動(dòng)；
②反應(yīng)在同一容器內(nèi)進(jìn)行，體積相同，方程式中各物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)都是1，所以在計(jì)算中均可用物質(zhì)的量數(shù)值代替濃度數(shù)值，求出此時(shí)的濃度商Q_c，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，濃度商小于平衡常數(shù)；
③到達(dá)平衡時(shí)轉(zhuǎn)化率最大，令平衡時(shí)CO的濃度變化量為cmol/L，根據(jù)三段式法用c表示出平衡時(shí)各組分個(gè)濃度，再利用平衡常數(shù)列方程，求出c，再利用轉(zhuǎn)化率定義計(jì)算；
④起始時(shí)水的物質(zhì)的量為5xmol，轉(zhuǎn)化的CO的物質(zhì)的量為 5（1-x）ymol，利用三段式法求出平衡時(shí)各組分的物質(zhì)的量，代入800℃平衡常數(shù)，據(jù)此解答；
⑤CO、H₂的物質(zhì)的量共為10mol，根據(jù)燃燒放出的熱量求出CO、H₂各自的物質(zhì)的量，利用三段式法求出平衡時(shí)各組分的物質(zhì)的量，代入平衡常數(shù)計(jì)算．

解答： 解：（1）反應(yīng)②-反應(yīng)③，可得到反應(yīng)①，則有△H₁=△H₂-△H₃；
反應(yīng)①C（s）+CO₂（g） 2CO（g）平衡常數(shù)K=

c2(CO)

c(CO2)

；
反應(yīng)②C（s）+H₂O（g） CO（g）+H₂（g）平衡常數(shù)K₁=

c(H2)?c(CO)

c(H2O)

；
反應(yīng)③CO（g）+H₂O（g）H₂（g）+CO₂（g） 平衡常數(shù)K₂=

c(H2)?c(CO2)

c(CO)?c(H2O)

；
反應(yīng)②-反應(yīng)③得反應(yīng)①，所以K=

K1

K2

，
故答案為：△H₁=△H₂-△H₃；

K1

K2

；
（2）①由表可知，溫度越高，平衡常數(shù)越小，反應(yīng)進(jìn)行程度越小，平衡向逆反應(yīng)移動(dòng)，升高溫度平衡向吸熱方向移動(dòng)，故正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，故答案為：放熱；
②反應(yīng)在同一容器內(nèi)進(jìn)行，體積相同，方程式中各物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)都是1，所以在計(jì)算中均可用物質(zhì)的量數(shù)值代替濃度數(shù)值，800℃時(shí)反應(yīng)平衡常數(shù)為1，
Qc=

c(H2)?c(CO2)

c(CO)?c(H2O)

，
A、Qc=

2×3

1×5

=

6

5

＞1，反應(yīng)向逆反應(yīng)進(jìn)行，故A錯(cuò)誤；
B、Qc=

1×1

2×2

=

1

4

＜1，反應(yīng)向正反應(yīng)進(jìn)行，故B正確；
C、開始只有CO、H₂，反應(yīng)向正反應(yīng)進(jìn)行，故C正確；
D、Qc=

1×1

0.5×2

=1，處于平衡狀態(tài)，故D錯(cuò)誤；
E、Qc=

2×1

3×1

=

2

3

＜1，反應(yīng)向正反應(yīng)進(jìn)行，故E正確；
故選：BCE；
③令CO的濃度變化量為c，三段式法用c表示出平衡時(shí)各組分個(gè)濃度，
              CO（g）+H₂O（g）   H₂（g）+CO₂（g），
起始（mol/L）：0.02      0.020           0              0
轉(zhuǎn)化（mol/L）：c          c              c              c
平衡（mol/L）：0.02-c     0.02-c         c              c
500℃時(shí)，反應(yīng)平衡常數(shù)有K=

c×c

(0.02-c)×(0.02-c)

=9，解得c=0.015，
CO的最大所以轉(zhuǎn)化率為

0.015mol/L

0.02mol/L

×100%=75%，
故答案為：75%；
④因800℃時(shí)反應(yīng)平衡常數(shù)為1，
           CO（g）+H₂O（g）    H₂（g）+CO₂（g），
起始：5（1-x）          5x              0          0
轉(zhuǎn)化：5（1-x）y         5（1-x）y      5（1-x）y      5（1-x）y
平衡：5（1-x）（1-y）   5（x-y+xy）    5（1-x）y      5（1-x）y
所以平衡常數(shù)K=

5(1-x)y×5(1-x)y

5(1-x)(1-y)×5(x-y+xy)

=1，解得y=x，
故答案為：x；
⑤由方程式CO（g）+H₂O（g）=H₂（g）+CO₂（g）可知，有1molCO反應(yīng)則生成1molH₂，開始通入10molCO，所以平衡時(shí)，CO、H₂的物質(zhì)的量共為10mol．則平均燃燒熱為

2842kJ

10mol

=284.2kJ/mol，
利用十字交叉法計(jì)算CO、H₂的物質(zhì)的量之比，

即CO、H₂的物質(zhì)的量之比為1.8kJ/mol：1.2kJ/mol=3：2，
所以n（CO）=10mol×

3

5

=6mol，n（H₂）=10mol-6mol=4mol．
利用三段式法求出平衡時(shí)各組分的物質(zhì)的量，
       CO（g）+H₂O（g）=H₂（g）+CO₂（g），
起始：10mol  10mol      0        0   
轉(zhuǎn)化：4mol   4 mol     4mol     4mol
平衡：6mol   6mol      4mol     4mol
所以常數(shù)平衡常數(shù)為K=

4×4

6×6

=

4

9

，
故答案為：

4

9

．

點(diǎn)評(píng)：本題主要考查平衡常數(shù)及其計(jì)算，難度較大，注意（1）平衡常數(shù)書寫，（2）平衡常數(shù)只受溫度影響，同一反應(yīng)溫度不變，平衡常數(shù)不變．