Question

2．已知：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=Q，其平衡常數(shù)隨溫度變化如下表所示：

溫度/℃	400	500	850
平衡常數(shù)	9.94	9	1

請(qǐng)回答下列問題：
（1）上述反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式為$\frac{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$．該反應(yīng)的Q＜0（填“＞”或“＜”）．
（2）850℃時(shí)在體積為10L的反應(yīng)器中，通入一定量的CO和H₂O（g），發(fā)生上述反應(yīng)，CO和H₂O（g）的物質(zhì)的量濃度變化如圖所示，則0～4min時(shí)平均反應(yīng)速率v（CO）=0.03mol/（L•min）．
（3）若在500℃時(shí)進(jìn)行．且CO、H₂O（g）的起始濃度均為0.020mol•L^-1，該條件下，CO的最大轉(zhuǎn)化率為75%．
（4）若在850℃時(shí)進(jìn)行，設(shè)起始時(shí)CO和H₂O（g）共為1mol，其中H₂O（g）的體積分?jǐn)?shù)為x，平衡時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率為y，試推導(dǎo)y與x之間的關(guān)系x=y．

Answer 1

分析 （1）化學(xué)平衡常數(shù)是指：一定溫度下，可逆反應(yīng)到達(dá)平衡時(shí)，生成物的濃度系數(shù)次冪之積與反應(yīng)物的濃度系數(shù)次冪之積的比，固體、純液體不需要在化學(xué)平衡常數(shù)中寫出；
由表中數(shù)據(jù)可知，溫度越高平衡常數(shù)越小，說明升高溫度平衡逆向應(yīng)移動(dòng)，升高溫度平衡向吸熱方向移動(dòng)；
（2）根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算0～4min時(shí)平均反應(yīng)速率v（CO）；
（3）到達(dá)平衡時(shí)CO的 轉(zhuǎn)化率最大，令平衡時(shí)CO的濃度變化量為cmol/L，表示出平衡時(shí)各組分的濃度，再利用平衡常數(shù)列方程計(jì)算解答；
（4）起始時(shí)水的物質(zhì)的量為xmol，轉(zhuǎn)化的CO的物質(zhì)的量為 （1-x）ymol，平衡時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率為y，則轉(zhuǎn)化的CO為（1-x）y mol，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)計(jì)算解答．

解答 解：（1）CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）的平衡常數(shù)為K=$\frac{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$；
由表中數(shù)據(jù)可知，溫度越高，平衡常數(shù)越小，說明升高溫度平衡逆向應(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)，則△H=Q＜0，
故答案為：$\frac{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$；＜；
（2）v（CO）=$\frac{0.2mol/L-0.08mol/L}{4min}$=0.03mol/（L•min），
故答案為：0.03mol/（L•min）；
（3）到達(dá)平衡時(shí)CO的 轉(zhuǎn)化率最大，設(shè)CO的濃度變化量為c，則：
             CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）
起始（mol/L）：0.02   0.02     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)K=$\frac{c×c}{（0.02-c）×（0.02-c）}$=9，解得c=0.015，
CO的最大所以轉(zhuǎn)化率為：$\frac{0.015mol/L}{0.2mol/L}$×100%=75%，
故答案為：75%；
（4）800℃時(shí)反應(yīng)平衡常數(shù)為1，起始時(shí)水的物質(zhì)的量為xmol，CO的物質(zhì)的量為 （1-x）mol，平衡時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率為y，則轉(zhuǎn)化的CO為（1-x）y  mol，則：
               CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）
起始（mol）：1-x      x           0          0
轉(zhuǎn)化（mol）：（1-x）y  （1-x）y     （1-x）y   （1-x）y
平衡（mol）：（1-x）（1-y） （x-y+xy）（1-x）y   （1-x）y
所以平衡常數(shù)K=$\frac{（1-x）y×（1-x）y}{（1-x）（1-y）×（x-y+xy）}$=1，整理得x=y，
故答案為：x=y．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算、平衡常數(shù)、反應(yīng)速率計(jì)算等，掌握三段式在化學(xué)平衡計(jì)算中應(yīng)用，掌握化學(xué)平衡常數(shù)的用途：1、判斷反應(yīng)進(jìn)行的程度，2、判斷反應(yīng)的熱效應(yīng)，3、判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向，4、計(jì)算轉(zhuǎn)化率等．