Question

2．CO是生產(chǎn)羰基化學(xué)品的基本原料，對于以水煤氣為原料提取CO的工藝，如果氫氣未能充分利用，則提高了CO生產(chǎn)成本，所以在煤化工中常需研究不同溫度下的平衡常數(shù)、投料比及熱值問題．反應(yīng)CO（g）+H₂O （g）?H₂（g）+CO₂（g）的平衡常數(shù)隨溫度的變化如下表：

溫度/℃	400	500	800
平衡常數(shù)K	9.94	9	a

（1）上述反應(yīng)的正反應(yīng)是放熱（填“放熱”或“吸熱”）反應(yīng)．
（2）已知在一定溫度下：C（s）+CO₂（g）?2CO（g）   K
C（s）+H₂O （g）?H₂（g）+CO（g）       K₁
CO（g）+H₂O （g）?H₂（g）+CO₂（g）     K₂
則K、K₁、K₂、之間的關(guān)系是K=$\frac{{K}_{1}}{{K}_{2}}$．
（3）800℃時(shí)，在2L的恒容密閉容器中，充入2.0molCO（g）和3.0molH₂O（g），保持溫度不變進(jìn)行反應(yīng)：CO（g）+H₂O （g）?H₂（g）+CO₂（g），4min時(shí)反應(yīng)達(dá)到平衡，測得CO的轉(zhuǎn)化率為60%．
①0～4min內(nèi)，CO₂的平均反應(yīng)速率為0.15mol•L^-1•min^-1，800℃時(shí)a=1．
②800℃時(shí)四個(gè)不同容器中發(fā)生上述反應(yīng)，測得各物質(zhì)的濃度（mol•L^-1）如下
表，其中達(dá)到平衡的是D（填字母）．

c（CO2）	3	1	0.8	1
c（H2）	2	1	0.8	1
c（CO）	1	2	3	0.5
c（H2O）	2	2	3	2

（4）向某密閉容器中充入1molCO和2molH₂O（g），發(fā)生反應(yīng)：CO（g）+H₂O （g）?H₂（g）+CO₂（g）．當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，CO的體積分?jǐn)?shù)為x．若維持容器的體積和溫度不變，起始物質(zhì)按下列四種配比充入該容器中，達(dá)到平衡時(shí)CO的體積分?jǐn)?shù)大于x的是B
A、0.5molCO+2molH₂O（g）+1molCO₂+1molH₂
B、1molCO+1molH₂O（g）+1molCO₂+1molH₂
C、0.5molCO+1.5molH₂O（g）+0.4molCO₂+0.4molH₂
D、0.5molCO+1.5molH₂O（g）+0.5molCO₂+0.5molH₂．

Answer 1

分析 （1）由表中數(shù)據(jù)可知升高溫度平衡常數(shù)減小，說明平衡逆向移動，以此判斷反應(yīng)熱；
（2）依據(jù)化學(xué)反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式計(jì)算分析；
（3）保持溫度不變進(jìn)行反應(yīng)：CO（g）+H₂O （g）?H₂（g）+CO₂（g），4min時(shí)反應(yīng)達(dá)到平衡，測得CO的轉(zhuǎn)化率為60%，可知消耗1.2molCO，生成1.2molCO₂，以此可計(jì)算CO₂的平均反應(yīng)速率，計(jì)算出平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度，可計(jì)算平衡常數(shù)；
根據(jù)各物質(zhì)的濃度計(jì)算濃度冪之積，與平衡常數(shù)相比較，可確定是否達(dá)到平衡狀態(tài)；
（4）根據(jù)等效平衡解答，恒溫恒容下，該反應(yīng)前后氣體體積不發(fā)生變化，將物質(zhì)全部轉(zhuǎn)化到左邊滿足n（CO）：n（H₂O）=1：2，為等效平衡，平衡時(shí)CO的體積分?jǐn)?shù)相同，不同配比達(dá)到平衡時(shí)CO的體積分?jǐn)?shù)大于原平衡中CO的體積分?jǐn)?shù)x，說明不同配比全部轉(zhuǎn)化到左邊應(yīng)n（CO）：n（H₂O）＞1：2，據(jù)此解答．

解答 解：（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，升高溫度平衡向吸熱方向移動，故正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，
故答案為：放熱；
（2）反應(yīng)①C（s）+CO₂（g）?2CO（g）平衡常數(shù)K=$\frac{{c}^{2}（CO）}{c（C{O}_{2}）}$；
反應(yīng)②C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）平衡常數(shù)K₁=$\frac{c（{H}_{2}）•c（CO）}{c（{H}_{2}O）}$；
反應(yīng)③CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g） 平衡常數(shù)K₂=$\frac{c（{H}_{2}）•c（C{O}_{2}）}{c（CO）•c（{H}_{2}O）}$，
則$\frac{{K}_{1}}{{K}_{2}}$=$\frac{{c}^{2}（CO）}{c（C{O}_{2}）}$=K，
故答案為：K=$\frac{{K}_{1}}{{K}_{2}}$；
（3）①保持溫度不變進(jìn)行反應(yīng)：CO（g）+H₂O （g）?H₂（g）+CO₂（g），4min時(shí)反應(yīng)達(dá)到平衡，測得CO的轉(zhuǎn)化率為60%，可知消耗1.2molCO，生成1.2molCO₂，
0～4min內(nèi)，CO₂的平均反應(yīng)速率為：v=$\frac{\frac{1.2mol}{2L}}{4min}$=0.15mol•L^-1•min^-1，
                     CO（g）+H₂O （g）?H₂（g）+CO₂（g）
起始（mol/L） 1              1.5              0             0
轉(zhuǎn)化（mol/L）0.6            0.6             0.6           0.6
平衡（mol/L） 0.4           0.9            0.6            0.6
該溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)為K=$\frac{0.6×0.6}{0.4×0.9}$=1，
故答案為：0.15；1；
②若達(dá)到平衡，則平衡常數(shù)K=1，
A.$\frac{c（{H}_{2}）•c（C{O}_{2}）}{c（CO）•c（{H}_{2}O）}$=$\frac{3×2}{1×2}$=3＞1，沒有達(dá)到平衡狀態(tài)，故A錯誤；
B.$\frac{c（{H}_{2}）•c（C{O}_{2}）}{c（CO）•c（{H}_{2}O）}$=$\frac{1×1}{2×2}$=$\frac{1}{4}$小于1，反應(yīng)向正反應(yīng)進(jìn)行，故B錯誤；
C.$\frac{c（{H}_{2}）•c（C{O}_{2}）}{c（CO）•c（{H}_{2}O）}$=$\frac{0.8×0.8}{3×3}$＜1，沒有達(dá)到平衡狀態(tài)，故C錯誤；
D.$\frac{c（{H}_{2}）•c（C{O}_{2}）}{c（CO）•c（{H}_{2}O）}$=$\frac{1×1}{0.5×2}$=1，處于平衡狀態(tài)，故D正確；
故答案為：D；
（4）恒溫恒容下，該反應(yīng)前后氣體體積不發(fā)生變化，將物質(zhì)全部轉(zhuǎn)化到左邊滿足n（CO）：n（H₂O）=1：2，為等效平衡，平衡時(shí)CO的體積分?jǐn)?shù)相同，不同配比達(dá)到平衡時(shí)CO的體積分?jǐn)?shù)大于原平衡中CO的體積分?jǐn)?shù)x，說明不同配比全部轉(zhuǎn)化到左邊應(yīng)n（CO）：n（H₂O）＞1：2，
A．0.5mol CO+2mol H₂O（g）+1mol CO₂+1mol H₂等效為1.5 molCO+3 molH₂O（g），n（CO）：n（H₂O）=1：2，平衡時(shí)CO的體積分?jǐn)?shù)為x，故A不符合；
B．1mol CO+1mol H₂O（g）+1mol CO₂+1mol H₂等效為2 molCO+2 molH₂O（g），n（CO）：n（H₂O）=1：1＞1：2，平衡時(shí)CO的體積分?jǐn)?shù)大于x，故B符合；
C.0.5mol CO+1.5mol H₂O（g）+0.4mol CO₂+0.4molH₂等效為0.9 molCO+1.9 molH₂O（g），n（CO）：n（H₂O）=9：19＜1：2，平衡時(shí)CO的體積分?jǐn)?shù)小于x，故C不符合；
D.0.5mol CO+1.5mol H₂O（g）+0.5molCO₂+0.5mol H₂等效為1 molCO+2 molH₂O（g），n（CO）：n（H₂O）=1：2，平衡時(shí)CO的體積分?jǐn)?shù)等于x，故D不符合，
故答案為：B．

點(diǎn)評 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算，題目難度中等，涉及化學(xué)平衡常數(shù)、化學(xué)反應(yīng)速率的計(jì)算、等效平衡應(yīng)用、反應(yīng)熱與焓變等知識，為高頻考點(diǎn)，側(cè)重于學(xué)生的分析能力和計(jì)算能力的考查，注意（2）平衡常數(shù)書寫，（3）有關(guān)平衡常數(shù)的運(yùn)用，為易錯點(diǎn)．