Question

15．現(xiàn)有反應：CO（g）+H₂O（g）?CO₂ （g）+H₂（g）△H＜0，在850℃時，平衡常數(shù)K=1，現(xiàn)在850℃下，向2L的密閉容器中充入CO、H₂O（g）各4mol，回答下列問題：
（1）當CO轉(zhuǎn)化率為25%時，該反應是否達平衡，向哪個方向進行？
（2）達平衡時，CO轉(zhuǎn)化率為多少？
（3）H₂的體積分數(shù)為多少？
（4）若溫度仍為850℃，初始時CO濃度為2mol/L，H₂O（g）為6mol/L，則平衡時CO轉(zhuǎn)化率為多少？

Answer 1

分析 （1）當CO轉(zhuǎn)化率為25%時，消耗的CO為4mol×25%=1mol，則：
                    CO（g）+H₂O（g）?CO₂ （g）+H₂（g）
       起始量（mol）：4      4          0      0
       變化量（mol）：1      1          1      1
CO轉(zhuǎn)化率25%時（mol）：3      3           1     1
由于反應氣體氣體的體積不變，用物質(zhì)的量代替濃度計算濃度商Qc，若Qc=K，處于平衡狀態(tài)，若Qc＞K．反應向逆反應進行，若Qc＜K，反應向正反應進行；
（2）設平衡時轉(zhuǎn)化的CO為xmol，則：
             CO（g）+H₂O（g）?CO₂ （g）+H₂（g）
起始量（mol）：4      4         0        0
變化量（mol）：x      x         x        x
平衡量（mol）：4-x    4-x       x        x
根據(jù)平衡常數(shù)列方程計算x，進而計算CO轉(zhuǎn)化率；
（3）根據(jù)（2）中平衡時各組分物質(zhì)的量計算氫氣體積分數(shù)；
（4）若溫度仍為850℃，初始時CO濃度為2mol/L，H₂O（g）為6mol/L，設平衡時CO濃度變化量為ymol/L，表示出平衡時各組分的濃度，再根據(jù)平衡常數(shù)列方程計算解答．

解答 解：（1）當CO轉(zhuǎn)化率為25%時，消耗的CO為4mol×25%=1mol，則：
                   CO（g）+H₂O（g）?CO₂ （g）+H₂（g）
       起始量（mol）：4     4         0       0
       變化量（mol）：1     1         1       1
CO轉(zhuǎn)化率25%時（mol）：3     3         1       1
由于反應氣體氣體的體積不變，可以用物質(zhì)的量代替濃度計算濃度商Qc，故Qc=$\frac{1×1}{3×3}$=$\frac{1}{9}$＜K=1，未達平衡，反應向正反應進行，
答：未達平衡，反應向正反應進行；
（2）設平衡時轉(zhuǎn)化的CO為xmol，則：
             CO（g）+H₂O（g）?CO₂ （g）+H₂（g）
起始量（mol）：4      4         0       0
變化量（mol）：x      x         x       x
平衡量（mol）：4-x    4-x       x       x
則$\frac{x×x}{（4-x）×（4-x）}$=1，解得x=2，故CO轉(zhuǎn)化率為$\frac{2mol}{4mol}$×100%=50%，
答：CO的轉(zhuǎn)化率為50%；
（3）平衡時氫氣體積分數(shù)為$\frac{2mol}{8mol}$×100%=25%，
答：平衡時氫氣體積分數(shù)為25%；
（4）若溫度仍為850℃，初始時CO濃度為2mol/L，H₂O（g）為6mol/L，設平衡時CO濃度變化量為ymol/L，則：
              CO（g）+H₂O（g）?CO₂ （g）+H₂（g）
起始量（mol/L）：2     6         0       0
變化量（mol/L）：y     y         y        y
平衡量（mol/L）：2-6   6-y       y        y
則$\frac{y×y}{（2-y）×（6-y）}$=1，解得y=1.5，故CO轉(zhuǎn)化率為$\frac{1.5mol/L}{2mol/L}$×100%=75%，
答：CO的轉(zhuǎn)化率為75%．

點評 本題考查化學平衡計算，涉及根據(jù)平衡常數(shù)進行有關計算，注意掌握平衡常數(shù)的應用，側重考查學生對基礎知識的鞏固．