Question

2．CO是生產羰基化學品的基本原料，對于以水煤氣為原料提取CO的工藝，如果氫氣未能充分利用，則提高了CO生產成本，所以在煤化工中常需研究不同溫度下的平衡常數、投料比及熱值問題．反應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	800
平衡常數K	9.94	9	a

（1）上述反應的正反應是放熱（填“放熱”或“吸熱”）反應．
（2）已知在一定溫度下：C（s）+CO₂（g）?2CO（g）   K
C（s）+H₂O （g）?H₂（g）+CO（g）       K₁
CO（g）+H₂O （g）?H₂（g）+CO₂（g）     K₂
則K、K₁、K₂、之間的關系是K=$\frac{{K}_{1}}{{K}_{2}}$．
（3）800℃時，在2L的恒容密閉容器中，充入2.0molCO（g）和3.0molH₂O（g），保持溫度不變進行反應：CO（g）+H₂O （g）?H₂（g）+CO₂（g），4min時反應達到平衡，測得CO的轉化率為60%．
①0～4min內，CO₂的平均反應速率為0.15mol•L^-1•min^-1，800℃時a=1．
②800℃時四個不同容器中發生上述反應，測得各物質的濃度（mol•L^-1）如下
表，其中達到平衡的是D（填字母）．

c（CO2）	3	1	0.8	1
c（H2）	2	1	0.8	1
c（CO）	1	2	3	0.5
c（H2O）	2	2	3	2

（4）向某密閉容器中充入1molCO和2molH₂O（g），發生反應：CO（g）+H₂O （g）?H₂（g）+CO₂（g）．當反應達到平衡時，CO的體積分數為x．若維持容器的體積和溫度不變，起始物質按下列四種配比充入該容器中，達到平衡時CO的體積分數大于x的是B
A、0.5molCO+2molH₂O（g）+1molCO₂+1molH₂
B、1molCO+1molH₂O（g）+1molCO₂+1molH₂
C、0.5molCO+1.5molH₂O（g）+0.4molCO₂+0.4molH₂
D、0.5molCO+1.5molH₂O（g）+0.5molCO₂+0.5molH₂．

Answer 1

分析 （1）由表中數據可知升高溫度平衡常數減小，說明平衡逆向移動，以此判斷反應熱；
（2）依據化學反應的平衡常數表達式計算分析；
（3）保持溫度不變進行反應：CO（g）+H₂O （g）?H₂（g）+CO₂（g），4min時反應達到平衡，測得CO的轉化率為60%，可知消耗1.2molCO，生成1.2molCO₂，以此可計算CO₂的平均反應速率，計算出平衡時各物質的濃度，可計算平衡常數；
根據各物質的濃度計算濃度冪之積，與平衡常數相比較，可確定是否達到平衡狀態；
（4）根據等效平衡解答，恒溫恒容下，該反應前后氣體體積不發生變化，將物質全部轉化到左邊滿足n（CO）：n（H₂O）=1：2，為等效平衡，平衡時CO的體積分數相同，不同配比達到平衡時CO的體積分數大于原平衡中CO的體積分數x，說明不同配比全部轉化到左邊應n（CO）：n（H₂O）＞1：2，據此解答．

解答 解：（1）由表可知，溫度越高，平衡常數越小，反應進行程度越小，平衡向逆反應移動，升高溫度平衡向吸熱方向移動，故正反應為放熱反應，
故答案為：放熱；
（2）反應①C（s）+CO₂（g）?2CO（g）平衡常數K=$\frac{{c}^{2}（CO）}{c（C{O}_{2}）}$；
反應②C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）平衡常數K₁=$\frac{c（{H}_{2}）•c（CO）}{c（{H}_{2}O）}$；
反應③CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g） 平衡常數K₂=$\frac{c（{H}_{2}）•c（C{O}_{2}）}{c（CO）•c（{H}_{2}O）}$，
則$\frac{{K}_{1}}{{K}_{2}}$=$\frac{{c}^{2}（CO）}{c（C{O}_{2}）}$=K，
故答案為：K=$\frac{{K}_{1}}{{K}_{2}}$；
（3）①保持溫度不變進行反應：CO（g）+H₂O （g）?H₂（g）+CO₂（g），4min時反應達到平衡，測得CO的轉化率為60%，可知消耗1.2molCO，生成1.2molCO₂，
0～4min內，CO₂的平均反應速率為：v=$\frac{\frac{1.2mol}{2L}}{4min}$=0.15mol•L^-1•min^-1，
                     CO（g）+H₂O （g）?H₂（g）+CO₂（g）
起始（mol/L） 1              1.5              0             0
轉化（mol/L）0.6            0.6             0.6           0.6
平衡（mol/L） 0.4           0.9            0.6            0.6
該溫度下該反應的平衡常數為K=$\frac{0.6×0.6}{0.4×0.9}$=1，
故答案為：0.15；1；
②若達到平衡，則平衡常數K=1，
A.$\frac{c（{H}_{2}）•c（C{O}_{2}）}{c（CO）•c（{H}_{2}O）}$=$\frac{3×2}{1×2}$=3＞1，沒有達到平衡狀態，故A錯誤；
B.$\frac{c（{H}_{2}）•c（C{O}_{2}）}{c（CO）•c（{H}_{2}O）}$=$\frac{1×1}{2×2}$=$\frac{1}{4}$小于1，反應向正反應進行，故B錯誤；
C.$\frac{c（{H}_{2}）•c（C{O}_{2}）}{c（CO）•c（{H}_{2}O）}$=$\frac{0.8×0.8}{3×3}$＜1，沒有達到平衡狀態，故C錯誤；
D.$\frac{c（{H}_{2}）•c（C{O}_{2}）}{c（CO）•c（{H}_{2}O）}$=$\frac{1×1}{0.5×2}$=1，處于平衡狀態，故D正確；
故答案為：D；
（4）恒溫恒容下，該反應前后氣體體積不發生變化，將物質全部轉化到左邊滿足n（CO）：n（H₂O）=1：2，為等效平衡，平衡時CO的體積分數相同，不同配比達到平衡時CO的體積分數大于原平衡中CO的體積分數x，說明不同配比全部轉化到左邊應n（CO）：n（H₂O）＞1：2，
A．0.5mol CO+2mol H₂O（g）+1mol CO₂+1mol H₂等效為1.5 molCO+3 molH₂O（g），n（CO）：n（H₂O）=1：2，平衡時CO的體積分數為x，故A不符合；
B．1mol CO+1mol H₂O（g）+1mol CO₂+1mol H₂等效為2 molCO+2 molH₂O（g），n（CO）：n（H₂O）=1：1＞1：2，平衡時CO的體積分數大于x，故B符合；
C.0.5mol CO+1.5mol H₂O（g）+0.4mol CO₂+0.4molH₂等效為0.9 molCO+1.9 molH₂O（g），n（CO）：n（H₂O）=9：19＜1：2，平衡時CO的體積分數小于x，故C不符合；
D.0.5mol CO+1.5mol H₂O（g）+0.5molCO₂+0.5mol H₂等效為1 molCO+2 molH₂O（g），n（CO）：n（H₂O）=1：2，平衡時CO的體積分數等于x，故D不符合，
故答案為：B．

點評 本題考查化學平衡計算，題目難度中等，涉及化學平衡常數、化學反應速率的計算、等效平衡應用、反應熱與焓變等知識，為高頻考點，側重于學生的分析能力和計算能力的考查，注意（2）平衡常數書寫，（3）有關平衡常數的運用，為易錯點．