Question

在一個容積為0.5L的密閉容器中，將 2mol CO和6mol H₂O混合加熱到800℃，發生反應：CO（g）+H₂O（g）  CO₂（g）+H₂（g），經過5min后達到平衡狀態．若此時測得H₂的濃度為3mol?L^-1，求：
（1）以CO的濃度變化表示的該反應的速率．
（2）達平衡時H₂O的轉化率．
（3）已知：在一定溫度下，該反應達平衡時，各物質的平衡濃度之間存在以下關系：
K=
且當溫度不變時K為常數，K不隨反應物、生成物濃度的改變而改變．求：
①在800℃下，該反應的K=______；②在800℃下，當投入1mol CO和4mol H₂O混合加熱到平衡時，H₂濃度是多少．

Answer 1

【答案】分析：（1）根據v=結合反應速率之比等于化學計量數之比計算；
（2）根據方程式計算轉化率；
（3）計算出平衡時各物質的濃度，利用平衡常數計算公式計算K和濃度．
解答：解：（1）由方程式可知，v（CO）=v（H₂）==0.6 mol?L^-1?min^-1，
答：以CO的濃度變化表示的該反應的速率為0.6 mol?L^-1?min^-1；
（2）反應的方程式為CO（g）+H₂O（g）  CO₂（g）+H₂（g），經過5min后達到平衡狀態，則消耗的CO的物質的量為n=vTV=0.6 mol?L^-1?min^-1×0.5L×5min=1.5mol，則n（H₂O）=n（CO）=1.5mol，
所以達平衡時H₂O的轉化率為：=25%，
答：達平衡時H₂O的轉化率為25%；
（3）①平衡時各物質的濃度為c（H₂）=c（CO₂）=3mol?L^-1，
c（CO）=4mol?L^-1-3mol?L^-1=1mol?L^-1，c（H₂O）=12mol?L^-1-3mol?L^-1=9mol?L^-1，
則有：在800℃下，該反應的K===1，故答案為：K=1；
②設在800℃下，當投入1mol CO和4mol H₂O，則初始濃度分別為：c（CO）=2mol?L^-1，c（H₂O）=8mol?L^-1，
混合加熱到平衡時，H₂的物質的量濃度為xmol/L，
       CO（g）+H₂O（g）  CO₂（g）+H₂（g）
起始：2         8                0        0   
轉化：x         x                x        x
平衡：2-x        8-x              x        x
則有：=1，x=1.6，
答：在800℃下，當投入1mol CO和4mol H₂O混合加熱到平衡時，H₂濃度是c（H₂）=1.6 mol?L^-1．
點評：本題考查化學平衡的有關計算，題目難度中等，本題注意從反應速率、平衡常數的計算的思路和有關公式的運用．