Question

【題目】工廠使用石油熱裂解的副產(chǎn)物甲烷來制取氫氣，其生產(chǎn)流程如下圖：

（1）此流程的第II步反應(yīng)為：CO(g)＋H2O(g) H2(g)＋CO2(g)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)隨溫度的變化如下表：

溫度/℃	400	500	830
平衡常數(shù)K	10	9	1

從上表可以推斷：此反應(yīng)是 （填“吸”或“放”）熱反應(yīng)。在830℃下，若開始時(shí)向恒容密閉容器中充入1mo1CO和2mo1H2O，則達(dá)到平衡后CO的轉(zhuǎn)化率為 。

（2）在500℃，按照下表的物質(zhì)的量（按照CO、H2O、H2、CO2的順序）投入恒容密閉容器中進(jìn)行上述第II步反應(yīng)，達(dá)到平衡后下列關(guān)系正確的是 。

實(shí)驗(yàn)編號	反應(yīng)物投入量	平衡時(shí)H2濃度	吸收或放出的熱量	反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率
A	1、1、0、0	c1	Q1	α1
B	0、0、2、2	c2	Q2	α2
C	2、2、0、0	c3	Q3	α3

A．2c1= c2 =c3 B．2Q1=Q2=Q3 C．α1 =α2 =α3 D．α1 +α2 =1

（3）在一個(gè)絕熱等容容器中，不能判斷此流程的第II步反應(yīng)達(dá)到平衡的是 。

①v(CO2)正＝v(H2O)逆

②混合氣體的密度不變

③混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不變 ④各組分的物質(zhì)的量濃度不再改變

⑤體系的溫度不再發(fā)生變化

（4）下圖表示此流程的第II步反應(yīng)，在t1時(shí)刻達(dá)到平衡、在t2時(shí)刻因改變某個(gè)條件使?jié)舛劝l(fā)生變化的情況：圖中t2時(shí)刻發(fā)生改變的條件是 、 （寫出兩種）。

若t4時(shí)刻通過改變?nèi)莘e的方法將壓強(qiáng)增大為原先的兩倍，在圖中t4和t5區(qū)間內(nèi)畫出CO、CO2濃度變化曲線，并標(biāo)明物質(zhì)（假設(shè)各物質(zhì)狀態(tài)均保持不變）。

Answer 1

【答案】（1）放 ；66.7%；

（2）AD ；

（3）②③

（4）降低溫度；增加水蒸汽的量或減少氫氣的量

【解析】

試題分析：（1）隨著溫度的升高，化學(xué)平衡常數(shù)減小，說明平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，則正反應(yīng)是放熱反應(yīng)；

設(shè)CO的轉(zhuǎn)化率為x，

CO（g）+H2O（g）CO2（g）+H2（g）

起始 1mol 2mol 0 0

反應(yīng) x x x x

平衡（1-x）mol （2-x）mol xmol xmol

化學(xué)平衡常數(shù)K==1，x=66.7%；故答案：放熱；66.7%；

（2）A、B、C是完全等效平衡，平衡時(shí)各組分的濃度相等，所以平衡時(shí)氫氣的濃度c3=c2，但是A的投料量是B、C的2倍，達(dá)到平衡時(shí)，氫氣的濃度是B（C）的2倍，即2c1=c2=c3，故A正確；B、B、C相比，建立的平衡的方向是不一樣的，2Q1＜Q2=Q3，故B錯(cuò)誤；C、根據(jù)等效原理，不同的投料，建立的平衡狀態(tài)下，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率α1=α3≠α2，故C錯(cuò)誤；D、平衡時(shí)對應(yīng)各組分的含量完全相同，CO的轉(zhuǎn)化率為α1，則平衡時(shí)CO的物質(zhì)的量為（1-α1）mol，B中平衡時(shí)二氧化碳的轉(zhuǎn)化率為α2，平衡時(shí)CO的物質(zhì)的量為α2mol，故（1-α1）=α2，整理得α1+α2=1，故D正確；故答案為：AD；

（3）在一個(gè)絕熱等容的容器中，判斷此流程的第Ⅱ步反應(yīng)CO（g）+H2O（g）H2（g）+CO2（g），達(dá)到平衡的標(biāo)志是正逆反應(yīng)速率相同；各組分含量保持不變；①反應(yīng)速率之比等于化學(xué)方程式計(jì)量數(shù)之比，v（CO2）正=v（H2O）逆，說明水蒸氣的正逆反應(yīng)速率相同，故①符合；②反應(yīng)中混合氣體質(zhì)量守恒，體積不變，密度不變，混合氣體的密度不變不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡，故②不符合；③反應(yīng)前后氣體質(zhì)量守恒，反應(yīng)前后氣體體積不變，物質(zhì)的量不變，混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不變，不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡，故③不符合；④各組分的物質(zhì)的量濃度不再改變是平衡的標(biāo)志，故④符合；⑤體系的溫度不再發(fā)生變化絕熱容器溫度不變，說明反應(yīng)達(dá)到平衡，故⑤符合；故答案為：②③；

（4）在t2時(shí)刻CO的濃度減小、CO2濃度增大，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，且CO和CO2濃度變化有接觸點(diǎn)，所以可以通過改變降低溫度、增大水蒸氣的量或減少氫氣的量實(shí)現(xiàn)；t4時(shí)刻通過改變?nèi)莘e的方法將壓強(qiáng)增大為原先的兩倍，則體積變?yōu)樵瓉淼囊话�，故濃度分別增大為原來的2倍，又反應(yīng)前后氣體系數(shù)相等，平衡不移動(dòng)，所以圖象僅僅是濃度分別變?yōu)樵瓉淼?/span>2倍并且保持不變，如圖為，故答案為：降低溫度；增加水蒸氣的量；。