Question

低碳經濟呼喚新能源和清潔環保能源．煤化工中常需研究不同溫度下的平衡常數、投料比及熱值等問題．
已知：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	850
平衡常數	9.94	9	1

請回答下列問題：
（1）該反應逆反應的化學平衡常數表達式為K=

 

．
（2）上述正反應方向是

 

反應（填“放熱”或“吸熱”）．
（3）850℃時在體積為10L反應器中，通入一定量的CO和H₂O（g）發生上述反應，CO和H₂O（g）濃度變化如圖，則0～4min的平均反應速率v（CO）=

 

mol?L^-1?min^-1．
（4）t₁℃（高于850℃）時，在相同容器中發生上述反應，容器內各物質的濃度變化如表．
①表中3min～4min之間反應處于

 

狀態；C₁數值

 

0.08mol?L^-1（填大于、小于或等于）．
②反應在4min～5min，平衡向逆方向移動，可能的原因是

 

（單選），表中5min～6min之間數值發生變化，可能的原因是

 

（單選）．
A．增加水蒸氣B．降低溫度  C．使用催化劑D．增加氫氣濃度
（5）若在500℃時進行，若CO、H₂O的起始濃度均為0.020mol?L^-1，在該條件下，CO的最大轉化率為：

 

．

時間（min）	CO	H2O	CO2	H2
0	0.200	0.300	0	0
2	0.138	0.238	0.062	0.062
3	c1	c2	c3	c3[m]
4	c1	c2	c3	c3
5	0.116	0.216	0.084
6	0.096	0.266	0.104

Answer 1

考點：化學平衡的計算,化學平衡的影響因素

專題：

分析：（1）根據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解答；
（2）根據平衡常數隨溫度的變化進行判斷；
（3）根據v=

△c

△t

計算反應速率；
（4）根據濃度、壓強、溫度對平衡移動的影響分析；
（5）到達平衡時轉化率最大，令平衡時CO的濃度變化量為cmol/L，根據三段式法用c表示出平衡時各組分個濃度，再利用平衡常數列方程，求出c，再利用轉化率定義計算．

解答： 解：（1）CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）逆反應為：H₂（g）+CO₂（g）?CO（g）+H₂O（g），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，故K=

c(CO)?c(H2O)

c(CO2)?c(H2)

，故答案為：

c(CO)?c(H2O)

c(CO2)?c(H2)

；
（2）升高溫度，平衡常數減小，平衡逆向移動，故正反應為放熱反應，故答案為：放熱；
（3）v（CO）=

△c

△t

=（0.2-0.08）÷4=0.03mol/（L?min），故答案為：0.03mol/（L?min）；
（4）①在高于850℃時發生反應，化學反應速率加快，一定在4min前達到化學平衡，另外從表中可看出反應在3min和4min時的各物質濃度相同，故3min-4min之間反應應處于平衡狀態．由于是放熱反應，溫度升高，化學平衡向逆反應方向移動，C₁數值應大于0.08 mol/L，
故答案為：平衡；大于；
②反應在4min-5min間，平衡向逆方向移動可能是升高溫度、增大生成物濃度、減少反應物濃度等因素引起，故選D．
表中5min-6min之間CO濃度減少，H₂O濃度增大，CO₂濃度增大，只有增加水蒸氣，使化學平衡向正反應方向移動，故選A，
故答案為：D；A；
（5）設CO的濃度變化量為c，則
     CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），
起始：0.02     0.02           0           0
轉化：c        c             c            c
平衡：0.02-c   0.02-c         c            c
代入500℃時反應平衡常數有k=

c(H2)c(CO2)

c(CO)c(H2O)

=

c×c

(0.02-c)×(0.02-c)

=9，解得c=0.015，
CO的最大所以轉化率為

0.015

0.2

×100%=75%，
故答案為：75%．

點評：本題主要考查化學平衡常數、反應速率的計算、平衡移動的影響因素、轉化率等知識，題目難度中等，注意平衡常數只受溫度的影響，注意（5）中利用平衡常數進行轉化率的計算．