Question

15．實施以減少能源浪費和降低廢氣排放為基本內容的節(jié)能減排政策，是應對全球氣候問題、建設資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會的必然選擇．化工行業(yè)的發(fā)展必須符合國家節(jié)能減排的總體要求．試運用所學知識，解決下列問題：
（1）已知某反應的平衡常數表達式為：K=$\frac{c（{H}_{2}）•c（CO）}{c（{H}_{2}O）}$，它所對應反應的化學方程式為C（s）+H₂O（g）CO（g）+H₂（g）．
（2）煤化工通常通過研究不同溫度下的平衡常數以解決各種實際問題．已知等體積的一氧化碳和水蒸氣進入反應器時，會發(fā)生如下反應：CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）
該反應的平衡常數隨溫度的變化如表所示：

溫度/℃	400	500	800
平衡常數K	9.94	9	1

①該反應的化學平衡常數表達式為K=$\frac{c（C{O}_{2}）?c（{H}_{2}）}{c（CO）?c（{H}_{2}O）}$．
②該反應的正反應方向是放熱反應（填“吸熱”或“放熱”）；
③若在500℃時進行，設CO和H₂O的起始濃度均為0.020mol/L，在該條件下，CO的平衡轉化為75%．
④800℃時，在固定容積的密閉容器中放入混合物，起始濃度為：c（CO）=0.01mol/L，c（H₂O）=0.03mol/L，c（CO₂）=0.01mol/L，c（H₂）=0.05mol/L，則反應開始時，H₂O的消耗速率比生成速率小（填“大”、“小”或“不能確定”）．
（3）2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）反應過程中的能量變化如圖所示：

又已知1molSO₂（g）氧化為1molSO₃（g）的△H=-99kJ•mol^-1，請回答下列問題：
①圖中E₁、E₂分別表示反應物總能、生成物總能量，E₃的大小對該反應的反應熱無（填“有”或“無”）影響．該反應通常用V₂O₅作催化劑，加V₂O₅會使圖中B點降低（填“升高”或“降低”）△H不變（填“變大”、“變小”或“不變”），理由是因為催化劑可以降低反應的活化能，但不改變反應熱．
②圖中△H=-198kJ•mol^-1．

Answer 1

分析 （1）根據平衡常數的定義判斷反應的方程式；
（2）①根據平衡常數的表達式推斷；
②溫度升高K值減小，所以正反應為放熱反應；
③令CO的濃度變化為c，用三段式表示出各物質變化的濃度、平衡時的濃度，再根據平衡常數計算；
④計算此時的濃度商Qc，與平衡常數比較判斷反應進行方向，據此解答；
（3）①根據A、C分別表示反應物總能量的生成物總能量；
②根據參加反應SO₂的物質的量之比等于對應的△H之比．

解答 解：（1）平衡常數為生成物的濃度冪之積除以反應物的濃度冪之積，平衡常數中，分子為生成物，分母為反應物，再結合質量守恒定律，所以該反應的方程式為C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g），故答案為：C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）；
（2）①根據化學方程式可知：K=$\frac{c（C{O}_{2}）?c（{H}_{2}）}{c（CO）?c（{H}_{2}O）}$，故答案為：K=$\frac{c（C{O}_{2}）?c（{H}_{2}）}{c（CO）?c（{H}_{2}O）}$；
②溫度升高K值減小，所以正反應為放熱反應，故答案為：放熱；
③對于反應：CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），
開始（mol/L）：0.02 0.02 0 0
變化（mol/L）：c c c c
平衡（mol/L）：0.02-c 0.02-c c c
所以$\frac{c×c}{（0.02-c）（0.02-c）}$=9，解得c=0.015，
所以CO的轉化率$\frac{0.015}{0.02}$×100%=75%，
故答案為：75%；
④此時的濃度商Qc=$\frac{0.01×0.03}{0.01×0.05}$=0.6，小于平衡常數0.9，故反應向正反應進行，故H₂O的消耗速率比生成速率小，
故答案為：��；
（3）①因圖中A、C分別表示反應物總能量、生成物總能量；E₃的為活化能，對該反應的反應熱無影響，加催化劑降低反應的活化能，故答案為：反應物總能量；生成物總能量；無；不變；因為催化劑可以降低反應的活化能，但不改變反應熱；
②因1mol SO₂（g）氧化為1mol SO₃的△H=-99kJ•mol^-1，所以2mol SO₂（g）氧化為2mol SO₃的△H=-198kJ•mol^-1，
則2SO₂（g）+O₂（g）=2SO₃（g）△H=-198kJ•mol^-1，故答案為：-198．

點評 本題考查化學平衡常數、平衡移動、反應過程的能量變化圖以及運用蓋斯定律進行反應熱的相關計算等，題目較為綜合，涉及多方面的知識，難度中等，本題中注意把握等效平衡的解題應用．