Question

9．向某一容積為5L的密閉容器中，加入 0.2mol CO和0.2mol H₂O，在800℃和催化劑的條件下，發生如下反應：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H＞0，反應中CO₂的濃度隨時間變化關系如圖所示：
（1）由圖可知，反應從開始至達到平衡時，CO的化學反應速率v（CO）=0.003mol/（L•min）；H₂的物質的量濃度c（H₂）=0.03mol/L；該溫度下此反應的平衡常數K=9．
（2）能說明該反應已達到平衡狀態的是③④（填序號）．
①CO、H₂O、CO₂、H₂的濃度都相等
②密閉容器內壓強保持不變
③CO減少的化學反應速率和CO₂減少的化學反應速率相等
④CO、H₂O、CO₂、H₂的濃度都不再發生變化
⑤密閉容器內密度保持不變
（3）若開始時向該容器中加入CO、H₂O（g）、CO₂和H₂各0.1mol，在相同條件下，反應達到平衡時，水蒸氣的物質的量濃度c（H₂O）=0.01mol/L．
（4）查表已知BaSO₄（s）+4C（s）$\stackrel{高溫}{?}$4CO（g）+BaS（s）△H₁=+571.2kJ•mol^-1   ①
BaSO₄（s）+2C（s）$\stackrel{高溫}{?}$2CO₂（g）+BaS（s）△H₂=+226.2kJ•mol^-1     ②
則反應C（s）+CO₂（g）$\stackrel{高溫}{?}$2CO（g）的△H=+172.5kJ•mol^-1．

Answer 1

分析 （1）根據v=$\frac{△c}{△t}$計算二氧化碳的平均反應速率，再結合同一時間段內同一可逆反應中，各物質的反應速率之比等于其計量數之比計算一氧化碳的平均反應速率；反應達到平衡狀態時，二氧化碳的物質的量濃度等于氫氣的物質的量濃度；根據平衡常數指各生成物濃度的化學計量數次冪的乘積除以各反應物濃度的化學計量數次冪的乘積所得的比值進行解答；
（2）化學反應達到平衡狀態時，正逆反應速率相等，各物質的濃度不變，由此衍生的一些物理量也不變；
（3）如果一開始加入0.1mol的CO、0.1mol的H₂O、0.1mol的CO₂和0.1mol的H₂，與開始時加入0.2mol CO和0.2mol H₂O為等效平衡，則兩種條件下，達到平衡狀態時其水的物質的量濃度相等；
（4）依據熱化學方程式和蓋斯定律計算得到所需熱化學方程式．

解答 解：（1）加入0.2mol的CO和0.2mol的H₂O，則起始濃度c（CO）=c（H₂O）=$\frac{0.2mol}{5L}$=0.04mol/L，平衡時c（CO₂）=0.03mol/L，則      
                  CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始濃度/mol•L^-1 ：0.04     0.04     0         0
轉化濃度/mol•L^-1 ：0.03     0.03     0.03     0.03
平衡濃度/mol•L^-1 ：0.01     0.01     0.03     0.03
v（CO₂）=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{0.3mol/L}{10min}$=0.003mol/（L．min），反應達到平衡狀態時，c（CO₂）=c（H₂）=0.03mol/L，K=$\frac{c（C{O}_{2}）c（{H}_{2}）}{c（CO）c（{H}_{2}O）}$=$\frac{0.03×0.03}{0.01×0.01}$=9；
故答案為：0.003mol/（L．min）；0.03mol/L；9；
（2）化學反應達到平衡狀態時，正逆反應速率相等，各物質的濃度不變，由此衍生的一些物理量也不變，
①根據圖象知，該反應達到平衡狀態時，c（CO₂）=c（H₂）=0.03mol/L，則c（CO）=c（H₂O）=0.01mol/L，當CO、H₂O、CO₂、H₂等濃度都相等時，該反應未達到平衡狀態，故①錯誤；     
②CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），反應前后氣體體積不變，密閉容器內壓強始終保持不變，故②錯誤；
③CO減少的速率和CO₂減少的速率相等，該反應的正逆反應速率相等，所以該反應達到平衡狀態，故③正確；
④CO、H₂O、CO₂、H₂的濃度都不再發生變化時，該反應達到平衡狀態，故④正確；
⑤反應前后氣體質量不變、體積不變．密閉容器內密度始終保持不變，不能說明反應達到平衡狀態，故⑤錯誤；
故答案為：③④；
（3）如果一開始加入0.1mol的CO、0.1mol的H₂O、0.1mol的CO₂和0.1mol的H₂，與開始時加入0.2mol CO和0.2mol H₂O為等效平衡，則兩種條件下，達到平衡狀態時其水的物質的量濃度相等，所以達到平衡狀態時，c（H₂O）=$\frac{0.2mol-0.003mol/L•min×10min×5L}{5L}$═0.01mol/L，
故答案為：0.01mol/L；
（4）由BaSO₄（s）+4C（s）$\stackrel{高溫}{?}$4CO（g）+BaS（s）△H₁=+571.2kJ•mol^-1   ①
BaSO₄（s）+2C（s）$\stackrel{高溫}{?}$2CO₂（g）+BaS（s）△H₂=+226.2kJ•mol^-1     ②
依據蓋斯定律（①-②）×$\frac{1}{2}$則反應C（s）+CO₂（g）$\stackrel{高溫}{?}$2CO（g）的△H=+172.5 kJ•mol^-1，
故答案為：+172.5 kJ•mol^-1．

點評 本題考查了化學平衡狀態的判斷、平衡濃度的計算、熱化學方程式和蓋斯定律計算等知識點，明確可逆反應平衡狀態的判斷依據、反應速率的計算公式即可解答，正確理解等效平衡，為學習難點，題目較簡單．