Question

目前工業上通常用生產水煤氣的方法獲得，反應的化學方程為：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H＜0．若在某一容積為4L的密閉容器內，加入2.0mol的CO和3.0mol的H₂O（g），在催化劑存在的條件下于850℃高溫加熱，發生上述反應，反應中CO₂的濃度隨時間變化情況如圖所示：
（1）①根據上圖數據，請計算出在850℃時該反應的化學平衡常數K（850℃）=

 

．②平衡時CO的轉化率是

 

．
（3）若該反應的在750℃時達到化學平衡狀態，則此時的平衡常數K（750℃）

 

K（850℃）（填“大于”、“小于”或“等于”）．
（3）850℃時，若向一容積可變的密閉容器中同時充入1.0mol CO、3.0mol H₂O（g）、10mol的CO₂和x mol H₂，則：
①當x=5.0時，上述反應向

 

（填“正方應”或“逆反應”）方向進行．
②若要使上述反應開始向正反應方向進行，則x應滿足的條件是

 

．
③在850℃時，若設x=5.0和x=6.0，其他物質的投料不變，當上述反應達到平衡后，測得H₂的體積分數分別為a%和b%，則a

 

b（填“大于”、“小于”或“等于”）．

Answer 1

考點：物質的量或濃度隨時間的變化曲線

專題：化學平衡專題

分析：（1）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；平衡時CO的轉化率等于轉化量與起始量之比；
（2）正反應放熱，故升溫平衡左移，平衡常數減小；
（3）①反應混合物各物質的量系數相同都為1，利用物質的量代替濃度，計算濃度商Qc，根據濃度商Qc與平衡常數k的關系判斷．Qc＞k平衡向逆反應進行，Qc=k反應處于平衡狀態，Qc＜k平衡向正反應進行；
②用x表示出濃度商Q_c，平衡向正反應移動，應滿足濃度商Qc＜k，據此計算判斷；
③增大一種生產物（氫氣）的體積分數，平衡向逆反應方向移動，平衡移動的結果是降低這種增大的幅度，故平衡后氫氣的體積分數還是大于原來的．

解答： 解：（1）①利用三段式法計算，
                     CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始濃度/（mol?L^-1 ）：

2

4

     

3

4

        0        0
轉化濃度/（mol?L^-1 ）：0.3     0.3      0.3      0.3
平衡濃度/（mol?L^-1 ）：0.2    0.45      0.3       0.3
因平衡常數等于生成物的濃度冪之積除以反應物的濃度冪之積，所以K（850℃）=

c(CO2)?c(H2)

c(CO)?c(H2O)

=

0.3×0.3

0.2×0.45

=1，
故答案為：1；
②平衡時CO的轉化率=

0.3

0.5

×100%=60%，故答案為：60%；
（2）CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）△H＜0，正反應放熱，故升溫平衡左移，平衡常數減小，K（750℃）大于K（850℃），故答案為：大于；
（3）①此時的濃度商Q_c=

1×5

1×3

=1.67，大于平衡常數1，故平衡向逆反應方向移動，故答案為：逆反應；
②平衡向正反應方向移動，濃度商小于平衡常數，即

1×x

1×3

＜1，解得x＜3，故答案為：x＜3；
③加入6mol氫氣所到達的平衡，可以等效為在加入5mol氫氣到達平衡后再加入1mol氫氣，增大一種生產物（氫氣）的體積分數，平衡向逆反應方向移動，平衡移動的結果是降低這種增大的幅度，但平衡后氫氣的體積分數還是大于原來的，故得H₂的體積分數分別為a%＜b%，
故答案為：小于．

點評：本題考查轉化率、化學平衡有關計算、化學平衡移動與影響因素等，注意平衡常數的應用、平衡移動的本質是解答的關鍵，題目難度中等．