Question

10．煤化工中常需研究不同溫度下平衡常數、投料比及產率等問題．已知CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）的平衡常數隨溫度的變化如下表：

溫度/℃	400	500	830	1 000
平衡常數K	10	9	1	0.6

試回答下列問題：
（1）上述反應的正反應是放熱反應（填“放熱”或“吸熱”），該反應的平衡常數表達式為K=$\frac{c（{H}_{2}）•c（C{O}_{2}）}{c（CO）•c（{H}_{2}O）}$，．
（2）能判斷該反應是否達到化學平衡狀態的依據是bc（填序號）
a．容器中壓強不變                 b．混合氣體中 c（CO）不變
c．υ_正（H₂）=υ_逆（H₂O）          d．c（CO₂）=c（CO）
（3）在實際生產中，該反應的適宜條件為C．
A．加壓，400～500℃催化劑　B．加壓，830～1000℃催化劑
C．常壓，400～500℃催化劑D．常壓，830～1000℃催化劑
（4）在830℃時，2L的密閉容器中加入4molCO（g）和6molH₂O（g），10min后達到平衡時，CO₂的平衡濃度為1.2mol/L，用H₂濃度變化來表示的平均反應速率為0.12mol/（L•min），CO的轉化率是60%．
（5）為使該反應的反應速率增大且平衡向正反應方向移動的是a（填字母序號）
a．增大CO濃度                              b．升高溫度
c．將生成物分離出去                         d．使用高效催化劑．

Answer 1

分析 （1）依據平衡常數隨溫度的變化結合平衡移動原理分析判斷反應的熱量變化，根據表中數據可知，溫度升高平衡常數減小，說明平衡向逆反應方向移動；根據反應方程式及化學平衡常數表達式完成；
（2）根據達到化學平衡狀態，各組分濃度不變，正逆反應相等進行分析；
（3）根據實際生產中，即要考慮反應速率又要考慮轉化率，還要兼顧設備并結合反應特征分析；
（4）依據平衡三段式列式計算反應的一氧化碳，根據轉化率概念計算得到；
（5）為使該反應的反應速率增大，可采用增大壓強、升高溫度、加入催化劑、增大反應物濃度等方法，再結合平衡移動原理分析解答．

解答 解：（1）根據表中數據可知，溫度升高平衡常數減小，說明平衡向逆反應方向移動，則正反應放熱，根據反應CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）及化學平衡常數表達式，K=$\frac{c（{H}_{2}）•c（C{O}_{2}）}{c（CO）•c（{H}_{2}O）}$，
故答案為：放熱；K=$\frac{c（{H}_{2}）•c（C{O}_{2}）}{c（CO）•c（{H}_{2}O）}$；
（2）a．反應前后氣體體積不變，壓強始終不會變化，所以壓強不變，無法判斷是否達到平衡狀態，故a錯誤；
b．濃度不變，反應達到了化學平衡狀態，故b正確；
c．正逆反應速率相等，各組分濃度不變，達到了化學平衡狀態，故c正確；
d．濃度相等，不能判斷各組分濃度是否不變，無法判斷是否達到平衡狀態，故d錯誤；
故答案為：bc；
（3）實際生產中，即要考慮反應速率又要考慮轉化率，還要兼顧設備，所以由于反應前后氣體體積不變，又是放熱反應，故溫度不宜太高，所以常壓，400～500℃催化劑最好，
故答案為：C；
（4）830℃時，在2L的密閉容器中加入4molCO（g）和6molH₂O（g）達到平衡時，設一氧化碳轉化物質的量為x，
                 CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）
起始量（mol）    4       6         0       0
變化量（mol）   x        x        x        x
平衡量（mol）  4-x      6-x       x        x
平衡常數K=$\frac{{x}^{2}}{（4-x）•（6-x）}$=1，解得：x=2.4mol，
所以CO₂的平衡濃度為：$\frac{2.4mol}{2L}$=1.2mol/L
用H₂濃度變化來表示的平均反應速率=$\frac{\frac{2.4mol}{2L}}{10min}$=0.12mol/（L•min）
CO的轉化率=$\frac{2.4mol/L}{4mol}$×100%=60%，
故答案為：1.2mol/L；0.12mol/（L•min）；60%；
（5）a．增大CO的濃度反應速率增大，且該反應向正反應方向移動，故正確；    
b．升高溫度，反應速率增大但平衡向逆反應方向移動，故錯誤；
c．分離生成物平衡向右移動，但反應速率減小，故錯誤；         
d．選擇高效催化劑能增大反應速率，但平衡不移動，故錯誤；
故答案為：a．

點評 本題考查了化學平衡的計算，題目難度中等，明確影響化學平衡的因素為解答關鍵，注意掌握三段式在化學平衡的計算中的應用，試題培養了學生的分析能力及化學計算能力．