Question

將不同量的H₂O（氣） 和CO 氣體分別通入到一體積為l L的恒容密閉容器中進行反應：
H₂O （g）+CO（ g） 

催化劑

加熱

CO₂ （g）+H₂（g）；得到以下三組數據，據此回答下列問題：

實驗組	溫度	起始量		平衡量		達到平衡所需時間
		H2O	CO	H2	CO
1	650℃	1 mol	2 mol	0.8 mol	1.2 mol	5 min
2	900℃	0.5 mol	1 mol	0.2 mol	0.8 mol	3 min
3	900℃	a	b	c	d	t

（1）①由以上數據，實驗1中以v（ CO₂） 表示的反應速率為

 

．
②該反應在650℃時平衡常數數值為

 

，該反應的逆反應為

 

 （填“吸”或“放”）熱反應．
③若實驗3要達到與實驗2相同的平衡狀態（即各物質的質量分數分別相等），且t＜3min，則a、b 應滿足的關系是

 

．
（2）如圖1、2 表示上述反應在時刻t₁達到平衡，在時刻t₂因改變某個條件而發生變化的情況：

①圖1中時刻t₂發生改變的條件可能是

 

 （寫2條）
②圖2中時刻t₂發生改變的條件可能是

 

 （寫2條）
（3）在850℃時，其平衡常數K=1，850℃時在該容器中同時充人1.0mol CO，3.0mol H₂O，1.0mol CO₂，5.0mol H₂，此時反應向

 

（填“正反應”或“逆反應”）方向進行，平衡時CO₂的物質的量為

 

．

Answer 1

考點：化學平衡的計算,化學反應速率與化學平衡圖象的綜合應用

專題：化學平衡專題

分析：（1）①根據v=

△c

△t

計算；
②首先計算出平衡時各物質的濃度，根據K=

c(CO2)?c(H2)

c(CO)?c(H2O)

計算，第二組溫度比第一組高，反應物物質的量比第一組減半，但是平衡時CO₂的物質的量比第一組的一半少，表明該反應為放熱反應；
③反應前后氣體體積不變，實驗2相似的平衡狀態（即各物質的質量分數分別相等），為等效平衡，滿足CO（g）與H₂O（g）的物質的量為1：2，由于到達平衡時間t＜3min，物質的量應比實驗2大或使用催化劑；
（2）根據外界條件對化學平衡的影響判斷；
（3）根據濃度商和平衡常數的比較可以判斷出平衡移動方向，利用三段式根據平衡常數可以計算出平衡時各物質的濃度，進而求得二氧化碳的物質的量．

解答： 解：（1）①根據方程式可知v（CO）=v（CO₂），則v（CO₂）=v（CO）=

2mol-1.2mol 1L

5 min

=0.16mol/（L?min），故答案為：0.16mol/（L?min）；
②H₂O（g）+CO（g） CO₂（g）+H₂（g）
初始 1mol/L    2mol/L            0       0
轉化 0.8mol/L   0.8mol/l     0.8mol/l    0.8mol/l
平衡 0.2mol/L   1.2mol/L     0.8mol/l    0.8mol/l 
根據K=

c(CO2)?c(H2)

c(CO)?c(H2O)

計算可得該反應在650℃時平衡常數數值為K=

0.8×0.8

0.2×1.2

=

8

3

=2.67，
實驗1中CO的轉化率為

0.8mol

2mol

×100%=40%，實驗2中CO的轉化率為

0.2mol

1mol

×100%=20%，則實驗1的轉化率大于實驗2，則說明溫度升高平衡向逆反應方向移動，正反應放熱，逆反應為吸熱反應；
故答案為：2.67；吸；
③反應前后氣體體積不變，實驗2相似的平衡狀態（即各物質的質量分數分別相等），為等效平衡，滿足CO（g）與H₂O（g）的物質的量為1：2，即a：b=1：2，b=2a，由于到達平衡時間t＜3min，所以速率較實驗2快，故a＞0.5（或使用催化劑）．
故答案為：b=2a，a＞0.5（或使用催化劑）．
（2）①圖1中，t₂正逆反應速率同時同等程度增大，由于反應前后氣體物質的量相同，增大壓強化學平衡不發生移動，即正逆反應速率變化程度相同，所以外界條件的改變為加入催化劑或縮小容器體積，故答案為：加入催化劑或縮小容器體積；
②圖2中時刻t₂CO₂濃度增大，CO濃度減小，即化學平衡向右移動，又由于在t₂時，二者濃度不變，即壓強不變，或者說，不是因為壓強變化而導致平衡的移動，只能為溫度的影響，或為H₂O（g）或H₂濃度的影響，所以條件為通H₂O（g）或降溫或減小H₂濃度，故答案為：通H₂O（g）或降溫或減小H₂濃度．
（3）設反應時轉化了CO₂xmol/L 
　　　　　　　　　H₂O（g）+CO（g） CO₂（g）+H₂（g）
初始 （mol/L）　  3        1              1        5
轉化 （mol/L）    x        x              x        x
平衡 （mol/L）   3+x      1+x            1-x       5-x

Qc=

c(CO2)?c(H2)

c(CO)?c(H2O)

=

1×5

1×3

=

5

3

＞K，所以平衡向逆反應方向進行；
根據K=

(1-x)×(5-x)

(1+x)×(3+x)

=1，可解得x=0.2，所以平衡時CO₂的物質的量為（1mol/L-0.2mol/L）×1L=0.8mol，故答案為：逆反應，0.8mol；

點評：本題主要考查了平衡常數的計算及運用平衡常數判斷平衡移動方向和反應的熱效應和影響平衡移動的條件等，有一定的綜合性，中等難度，解題時要注意靈活運用三段式進行計算．