Question

煤化工中常需研究不同溫度下平衡常數、投料比及熱值等問題．已知下列兩個反應的熱效應及平衡常數：
反應①：C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H1=akJ?mol-1，平衡常數為K₁；
反應②：C（s）+CO₂（g）=2CO（g）△H2=bkJ?mo1-1，平衡常數為K₂；
又知反應CO（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+H₂（g）的平衡常數Kc隨溫度的變化如下表：

溫度/	400	500	800
平衡常數Kc	9.94	9	1

回答下列問題：
（1）上述反應中，a

 

b（填＞、＜或=），化學平衡常數Kc與K₁、K₂的關系為

 

．
（2）溫度為800℃時，在一體積為10L的密閉容器中，通入一定量的CO和H₂O （g），發生如下反應：CO（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+H₂（g），容器內各物質的濃度變化如下表．
800℃時物質的量濃度（mol?L^-1）的變化

時間（min）	CO（g）	H2O（g）	CO2（g）	H2（g）
0	0.200	0.300	0	0
2	0.120	0.220	0.080	0.080
3	0.080	0.180	0.120	0.120
4	0.100	0.200	0.100	C1
5	0.067	0.267	0.133	C2

①表中0～2min的平均反應速率v（CO）=

 

．
②表中第3min反應處于

 

狀態（填“平衡”或“非平衡”）；
③表中3min～4min之間，平衡向

 

移動（單選），可能的原因是

 

（單選）；
表中4min～5min之間數值發生變化，可能的原因是

 

（單選）．
a．正反應方向    b．逆反應方向    c．增加水蒸氣
d．降低溫度      e．使用催化劑    f．增加氫氣濃度
（3）如圖1、圖2表示反應CO（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+H₂（g）在t₁時刻達到平衡，在t₂時刻因改變某個條件而發生變化的情況：
①圖1中時刻t₂發生改變的條件是

 

，
②圖2中時刻t₂發生改變的條件是

 

．

Answer 1

分析：（1）由表中數據可知，反應CO（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+H₂（g）的平衡常數Kc隨溫度升高而降低，故該反應為放熱反應，根據蓋斯定律可知，該反應由反應①-反應②得到，據此解答；
（2）①根據v=

△c

△t

計算v（CO）；
②計算3min時的濃度商Qc，與平衡常數相比判斷是否處于平衡狀態；
③由表中數據可知，3min～4min之間，CO₂的濃度減小0.02mol/L，CO、H₂O的濃度均增大0.02mol/L，三者濃度變化量之比等于其化學計量數之比，平衡向逆反應移動，正反應為放熱反應，故可能是增大氫氣的濃度或升高溫度；
由表中5min～6min之間數值可知，H₂O的濃度增大0.067mol/L，CO濃度減小0.033、CO₂的濃度增大0.033mol/L，平衡向正反應方向移動，且CO、CO₂的濃度變化之比等于其化學計量數之比，應是增大水蒸氣濃度；
（3）①圖1中t₂時刻，同等程度增大正、逆反應速率，平衡不移動，該反應是氫氣體積不變的反應，故可能是增大壓強或使用催化劑；
②圖2中t₂時刻后到達新平衡CO的濃度增大、CO₂的濃度降低，平衡向逆反應方向移動，應是升高溫度或增加氫氣濃度或減小H₂O（g）濃度．

解答：解：（1）由表中數據可知，反應CO（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+H₂（g）的平衡常數Kc隨溫度升高而降低，故該反應為放熱反應，根據蓋斯定律可知，該反應由反應①-反應②得到，故a-b＜0，即a＜b，
反應①：C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g），平衡常數為K₁=

c(CO)?c(H2)

c(H2O)

，
反應②：C（s）+CO₂（g）=2CO（g），平衡常數為K₂=

c2(CO)

c(CO2)

，
反應CO（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+H₂（g）的平衡常數Kc=

c(CO2)?c(H2)

c(CO)?c(H2O)

，
由平衡常數表達式可知，

c(CO)?c(H2)

c(H2O)

=

c2(CO)

c(CO2)

×

c(CO2)?c(H2)

c(CO)?c(H2O)

，故平衡常數Kc=

K1

K2

，
故答案為：＜；Kc=

K1

K2

；
（2）①由表中數據可知，0～2min內CO濃度變化量為0.2mol/L-0.12mol/L=0.08mol/L，故v（CO）=

0.08mol/L

2min

=0.04mol/（L．min），
故答案為：0.04mol/（L．min）；
②3min時的濃度商Qc=

0.12×0.12

0.08×0.18

=1，等于800℃時的平衡常數1，故處于平衡狀態，
故答案為：平衡；
③由表中數據可知，3min～4min之間，CO₂的濃度減小0.02mol/L，CO、H₂O的濃度均增大0.02mol/L，三者濃度變化量之比等于其化學計量數之比，平衡向逆反應移動，正反應為放熱反應，故可能是增大氫氣的濃度或升高溫度；
由表中5min～6min之間數值可知，H₂O的濃度增大0.067mol/L，CO濃度減小0.033、CO₂的濃度增大0.033mol/L，平衡向正反應方向移動，且CO、CO₂的濃度變化之比等于其化學計量數之比，應是增大水蒸氣濃度，
故答案為：b；f；c；
（3）①圖1中t₂時刻，同等程度增大正、逆反應速率，平衡不移動，該反應是氫氣體積不變的反應，故可能是增大壓強或使用催化劑，
故答案為：能是增大壓強或使用催化劑；
②圖2中t₂時刻后到達新平衡CO的濃度增大、CO₂的濃度降低，平衡向逆反應方向移動，應是升高溫度或增加氫氣濃度或減小H₂O（g）濃度，
故答案為：升高溫度或增加氫氣濃度或減小H₂O（g）濃度．

點評：本題考查反應熱計算、化學平衡常數、反應速率計算、化學平衡圖象及影響因素等，以數據與圖象形式考查化學平衡影響因素，側重對學生分析思維能力考查，難度中等．