Question

2．將1molH₂與2mol CO₂的混合氣體通入容積為2L的密閉容器中，發生如下化學反應：
CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）△H=Q kJ•mol^-1
測得其化學平衡常數K和溫度t的關系如下：

t℃	700	800	850
K	0.6	0.9	1.0

（1）請回答：
①上述反應中Q＞0 （選填“＞”或“＜”或“=”）．
②在恒溫下，能判斷該反應已達到化學平衡狀態的依據是cd．
a．容器中壓強不變
b．該反應的反應熱△H不變
c．H₂的質量分數不再變化
d．單位時間內生成H₂O的物質的量與生成CO₂的物質的量相等
（2）850℃時，向2L的密閉容器中通入1mol CO 和 m mol H₂O，當反應達到平衡時，平衡混合物中n（H₂O）=2n（H₂），則m=2．
（3）850℃時，向2L的密閉容器中通入2mol CO 和 4mol H₂O，當反應達到平衡時，n （H₂）=$\frac{4}{3}$．
（4）850℃時，向2L的密閉容器中通入a mol CO、b mol H₂O、c mol CO₂和d molH₂．
①若要求反應達到平衡時H₂的物質的量分數與（3）的相同，則a、b、c、d之間應滿足的關系是：（a+c）：（b+d）=1：2，且c=d．
②若要求反應向生成H₂的方向進行，則a、b、c、d之間應滿足的關系是：ab＞cd．

Answer 1

分析 （1）①由表中數據可知，隨溫度升高平衡常數增大，說明升高溫度平衡正向移動；
②可逆反應到達平衡時，同種物質的正逆速率相等，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隨反應進行發生變化，該物理量由變化到不變化說明到達平衡；
（2）850℃時，向2L的密閉容器中通入1mol CO 和 m mol H₂O，當反應達到平衡時，平衡混合物中n（H₂O）=2n（H₂），則：
            CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）
起始量（mol）：0       0        1      m
變化量（mol）：x       x        x      x
平衡量（mol）：x       x        1-x    m-x
根據平衡混合物中n（H₂O）=2n（H₂），確定x、m關系，再結合K=$\frac{c（CO）×c（{H}_{2}）}{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}$=1計算；
（3）假設平衡時轉化的CO為ymol，表示出平衡時各組分物質的量，結合平衡常數K=1列方程計算解答；
（4）①若要求反應達到平衡時H₂的物質的量分數與（3）的相同，為等效平衡，反應前后氣體體積不變，按化學計量數轉化到右邊滿足n（CO ）：n（H₂O）=1：2；
②若要求反應向生成H₂的方向進行，則濃度商Qc＞K=1．

解答 解：（1）①由表中數據可知，隨溫度升高平衡常數增大，說明升高溫度平衡正向移動，正反應為吸熱反應，則Q＞0，故答案為：＞；
②a．反應前后氣體體積不變，恒溫恒容下，容器中壓強始終不變，故a錯誤；
b．該反應的反應熱△H與反應物化學計量數有關，與是否到達平衡無關，故b錯誤；
c．H₂的質量分數不再變化，說明到達平衡，故c正確；
d．單位時間內生成H₂O的物質的量與生成CO₂的物質的量相等，水的生成與消耗消耗，反應到達平衡，故d正確，
故選：cd；
（2）850℃時，向2L的密閉容器中通入1mol CO 和 m mol H₂O，當反應達到平衡時，平衡混合物中n（H₂O）=2n（H₂），則：
            CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）
起始量（mol）：0        0        1      m
變化量（mol）：x        x        x      x
平衡量（mol）：x        x        1-x    m-x
平衡混合物中n（H₂O）=2n（H₂），則m-x=2x，故m=3x，由K=$\frac{c（CO）×c（{H}_{2}）}{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}$=1可得：$\frac{2x×（1-x）}{x×x}$=1，解得x=$\frac{2}{3}$，故m=2，
故答案為：2；
（3）假設平衡時轉化的CO為ymol，表示出平衡時各組分物質的量，則：
           CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）
起始量（mol）：0      0        2      4
變化量（mol）：y      y        y      y
平衡量（mol）：y      y        2-y    4-y
則$\frac{（2-y）×（4-y）}{y×y}$=1，解得y=$\frac{4}{3}$，
故答案為：$\frac{4}{3}$；
（4）①若要求反應達到平衡時H₂的物質的量分數與（3）的相同，為等效平衡，反應前后氣體體積不變，按化學計量數轉化到右邊滿足n（CO ）：n（H₂O）=1：2，則（a+c）：（b+d）=1：2，且c=d，
故答案為：（a+c）：（b+d）=1：2，且c=d；
②若要求反應向生成H₂的方向進行，則濃度商Qc＞K=1，即$\frac{a×b}{c×d}$＞1，故ab＞cd，
故答案為：ab＞cd．

點評 本題考查化學平衡計算、平衡狀態判斷、平衡常數應用、等效平衡等，難度中等，注意理解掌握平衡常數應用、等效平衡規律．