Question

8．（1）將水蒸氣通過(guò)紅熱的碳即可產(chǎn)生水煤氣．反應(yīng)為：
C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）△H=+131.3kJ/mol
①以上反應(yīng)達(dá)到平衡后，在體積不變的條件下，以下措施有利于提高H₂O的平衡轉(zhuǎn)化率的是AD
A．升高溫度　　　　　　　 B．增加碳的用量
C．加入催化劑　　　　　　 D．用CO吸收劑除去CO
②在體積不變的條件下，投入一定量的C（s）和H₂O（g），下列能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是AB．
A．體系壓強(qiáng)保持不變
B．體系的氣體平均相對(duì)分子質(zhì)量不變
C．CO和H₂的體積比保持不變
D．H₂O的反應(yīng)速率與H₂的反應(yīng)速率相等
（2）在900℃時(shí)，將2mol CO（g）和1mol H₂O（g）分別通入到體積為2.0L的恒容密閉容器中，發(fā)生以下反應(yīng)：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)H₂的體積分?jǐn)?shù)為20%，通過(guò)計(jì)算求出該反應(yīng)的平衡常數(shù)以及CO的平衡轉(zhuǎn)化率．（要求寫出計(jì)算過(guò)程，計(jì)算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）．
（3）工業(yè)生產(chǎn)是把水煤氣中的混合氣體經(jīng)過(guò)處理后獲得的較純H₂用于合成氨．合成氨反應(yīng)原理為：N₂（g）+3H₂（g） $\stackrel{一定條件}{?}$2NH₃（g）△H=-92.4kJ/mol．實(shí)驗(yàn)室模擬化工生產(chǎn)，分別在不同實(shí)驗(yàn)條件下反應(yīng)，N₂濃度隨時(shí)間變化如圖1：

請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
①與實(shí)驗(yàn)Ⅰ比較，實(shí)驗(yàn)Ⅱ改變的條件為使用催化劑，判斷依據(jù)是實(shí)驗(yàn)Ⅱ與實(shí)驗(yàn)Ⅰ平衡狀態(tài)相同，而實(shí)驗(yàn)Ⅱ達(dá)到平衡所需時(shí)間短．
②實(shí)驗(yàn)Ⅲ比實(shí)驗(yàn)Ⅰ的溫度要高，其它條件相同，請(qǐng)?jiān)趫D2中畫出實(shí)驗(yàn)Ⅰ和實(shí)驗(yàn)Ⅲ中NH₃濃度隨時(shí)間變化的示意圖．

Answer 1

分析 （1）①提高H₂O的平衡轉(zhuǎn)化率，應(yīng)改變條件使平衡正向移動(dòng)，但不能只增大水蒸汽濃度，由于等效為增大壓強(qiáng)，有利于平衡逆向移動(dòng)，水的轉(zhuǎn)化率減小；
②可逆反應(yīng)到達(dá)平衡時(shí)，同種物質(zhì)的正逆速率相等，各組分的濃度、含量保持不變，由此衍生的其它一些量不變，判斷平衡的物理量應(yīng)隨反應(yīng)進(jìn)行發(fā)生變化，該物理量由變化到不變化說(shuō)明到達(dá)平衡；
（2）反應(yīng)氣體氣體物質(zhì)的量不變，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)H₂的體積分?jǐn)?shù)為20%，則生成氫氣為（2+1）mol×20%=0.6mol，則：
           CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始量（mol）：2      1         0       0
變化量（mol）：0.6    0.6       0.6     0.6
平衡量（mol）：1.4    0.4       0.6     0.6
根據(jù)K=$\frac{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$計(jì)算平衡常數(shù)，轉(zhuǎn)化率=$\frac{物質(zhì)的量變化量}{起始物質(zhì)的量}$×100%；
（3）①實(shí)驗(yàn)Ⅱ與實(shí)驗(yàn)Ⅰ平衡狀態(tài)相同，而實(shí)驗(yàn)Ⅱ達(dá)到平衡所需時(shí)間短，正反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)，故實(shí)驗(yàn)Ⅱ應(yīng)是使用催化劑；
②實(shí)驗(yàn)Ⅲ比實(shí)驗(yàn)Ⅰ的溫度要高，其它條件相同，升高溫度反應(yīng)速率加快，到達(dá)平衡時(shí)間縮短，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，平衡時(shí)Ⅲ中氨氣濃度較小．

解答 解：（1）①A．正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，H₂O的平衡轉(zhuǎn)化率減小，故A錯(cuò)誤；
B．碳為固體，增加碳的用量不影響平衡移動(dòng)，H₂O的平衡轉(zhuǎn)化率不變，故B錯(cuò)誤；
C．加入催化劑可以加快反應(yīng)速率，但不影響平衡移動(dòng)，H₂O的平衡轉(zhuǎn)化率不變，故C錯(cuò)誤；　　　　
D．用CO吸收劑除去CO，平衡正向移動(dòng)，H₂O的平衡轉(zhuǎn)化率增大，故D正確，
故選：D；
②A．反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量不相等，恒溫恒容下，隨反應(yīng)進(jìn)行，體系壓強(qiáng)發(fā)生變化，當(dāng)體系壓強(qiáng)保持不變，說(shuō)明到達(dá)平衡，故A正確；
B．反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量不相等，隨反應(yīng)進(jìn)行氣體質(zhì)量增大，平均相對(duì)分子質(zhì)量發(fā)生變化，體系的氣體平均相對(duì)分子質(zhì)量不變，說(shuō)明到達(dá)平衡；
C．CO和H₂的體積比始終保持不變，故C錯(cuò)誤；
D．未指明正逆反應(yīng)速率，若均為正反應(yīng)速率，則始終相等，若分別為正逆速率反應(yīng)到達(dá)平衡，故D錯(cuò)誤，
故選：AB；
（2）反應(yīng)氣體氣體物質(zhì)的量不變，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)H₂的體積分?jǐn)?shù)為20%，則生成氫氣為（2+1）mol×20%=0.6mol，則：
           CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始量（mol）：2      1       0        0
變化量（mol）：0.6    0.6     0.6      0.6
平衡量（mol）：1.4    0.4     0.6      0.6
平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$=$\frac{0.3×0.3}{0.7×0.2}$=0.64，CO轉(zhuǎn)化率=$\frac{0.6mol}{2mol}$×100%=30%，
答：該反應(yīng)的平衡常數(shù)為0.64，CO的平衡轉(zhuǎn)化率為30%；
（3）①實(shí)驗(yàn)Ⅱ與實(shí)驗(yàn)Ⅰ平衡狀態(tài)相同，而實(shí)驗(yàn)Ⅱ達(dá)到平衡所需時(shí)間短，正反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)，故實(shí)驗(yàn)Ⅱ應(yīng)是使用催化劑，
故答案為：使用催化劑；實(shí)驗(yàn)Ⅱ與實(shí)驗(yàn)Ⅰ平衡狀態(tài)相同，而實(shí)驗(yàn)Ⅱ達(dá)到平衡所需時(shí)間短；
②實(shí)驗(yàn)Ⅲ比實(shí)驗(yàn)Ⅰ的溫度要高，其它條件相同，升高溫度反應(yīng)速率加快，到達(dá)平衡時(shí)間縮短，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，平衡時(shí)Ⅲ中氨氣濃度較小，實(shí)驗(yàn)Ⅰ和實(shí)驗(yàn)Ⅲ中NH₃濃度隨時(shí)間變化的示意圖為：，
故答案為：．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算與影響因素、平衡狀態(tài)判斷、平衡常數(shù)、化學(xué)平衡圖象等，注意判斷平衡的物理量應(yīng)隨反應(yīng)進(jìn)行發(fā)生變化，該物理量由變化到不變化說(shuō)明到達(dá)平衡．