Question

1．（1）在一個容積固定的反應器中，有一可左右滑動的密封隔板，兩側分別進行如圖所示的可逆反應．各物質的起始加入量如下：A、B和C均為4.0mol、D為6.5mol、F為2.0mol，設E為x mol．當x在一定范圍內變化時，均可以通過調節反應器的溫度，使兩側反應都達到平衡，并且隔板恰好處于反應器的正中位置．請填寫以下空白：

A （g）+B （g）?2C （g）

D（g）+2E（g）?2F（g）

①若x=4.5，則右側反應在起始時向正反應 （填“正反應“或“逆反應“）方向進行．欲使起始反應維持向該方向進行，則x的最大取值應小于7.0．
②若x分別為4.5和5.0，則在這兩種情況下，當反應達平衡時，A的物質的量是否相等？不相等    （填“相等“、“不相等“或“不能確定“）．其理由是：因為這兩種情況是在兩個不同溫度下達到化學平衡的，平衡狀態不同，所以物質的量也不同．
（2）830K時，在密閉容器中發生下列可逆反應：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H＜0   試回答下列問題：
①若起始時c（CO）=2mol•L^-1，c（H₂O）=3mol•L^-1，達到平衡時CO的轉化率為60%，則在該溫度下，該反應的平衡常數K=1；
②在相同溫度下，若起始時c（CO）=2mol•L^-1，c（H₂O）=2mol•L^-1，反應進行一段時間后，測得H₂的濃度為0.5mol•L^-1，則此時v_（正）＞v_（逆）（填“大于”“小于”或“等于”），達到平衡時CO的轉化率為50%；
③若降低溫度，該反應的K值將增大（填“增大”“減小”或“不變”，下同），該反應的化學反應速率將減小．

Answer 1

分析 （1）①左室混合氣體物質的量不變，左、右兩室壓強相等，恒溫恒壓下，體積之比等于其物質的量之比，平衡時隔板恰好處于反應器的正中位置，則平衡后右室氣體物質的量為4.0mol×3=12mol，結合混合氣體物質的量變化判斷反應進行方向；
令達平衡時E的消耗量為2a摩，求出平衡時各組分的物質的量，利用反應混和物總的物質的量為12mol列出等式，再利用可逆反應反應物不能完全反應列不等式，聯立求解．
②兩種情況下，反應到達平衡時反應混合物總的物質的量為12mol，所以這兩種情況是在兩個不同溫度下達到化學平衡的，平衡狀態不同，所以A的物質的量也不同；
（2）①平衡時CO的轉化率為60%，則CO的濃度變化量=2mol/L×60%=1.2mol/L，則：
             CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始（mol/L）：2      3        0       0
變化（mol/L）：1.2    1.2      1.2     1.2
平衡（mol/L）：0.8    1.8      1.2     1.2
代入平衡常數表達式K=$\frac{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$計算；
②在相同溫度下，若起始時c（CO）=2mol•L^-1，c（H₂O）=2mol•L^-1，等效為在①中平衡基礎上移走水，水的轉化率增大，由上述計算可知①中平衡時水的轉化率為40%，則②中平衡時氫氣濃度大于2mol/L×40%=0.8mol/L，判斷反應進行方向判斷正、逆速率相對大小；
設平衡時CO濃度變化量為xmol/L，則：
             CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂ （g）
開始（mol/L）：2       2        0       0
變化（mol/L）：x       x        x       x 
平衡（mol/L）：2-x     2-x      x       x
再根據平衡常數列方程計算x，進而計算CO轉化率；
③該反應是放熱反應，溫度降低，平衡正向移動，平衡常數K增大；降低溫度，反應速率減小．

解答 解：（1）左室混合氣體物質的量不變，左、右兩室壓強相等，恒溫恒壓下，體積之比等于其物質的量之比，平衡時隔板恰好處于反應器的正中位置，則平衡后右室氣體物質的量為4.0mol×3=12mol，x=4.5時右邊開始總的物質的量為6.5mol+2.0mol+4.5mol=13mol＞12mol，所以反應向物質的量減小的方向進行，即向正反應方向進行；
設達平衡時E的消耗量為2a mol，則：
          D（g）+2E（g）?2F（g）
起始（mol）：6.5  x    2.0
變化（mol）：a    2a    2a
平衡（mol）：6.5-a x-2a 2.0+2a
因左側反應混合物總的物質的量為12 mol所以達平衡時，右側反應需滿足：?
（6.5-a）+（x-2a）+（2.0+2a）=12 且 x-2a＞0
即$\left\{\begin{array}{l}{x=3.5+a}\\{x＞2a}\end{array}\right.$
解之得，x＜7.0?
故答案為：正反應；7.0；
②兩種情況下，反應到達平衡時反應混合物總的物質的量為12mol，所以這兩種情況是在兩個不同溫度下達到化學平衡的，平衡狀態不同，所以A物質的量也不同．
故答案為：不相等；因為這兩種情況是在兩個不同溫度下達到化學平衡的，平衡狀態不同，所以物質的量也不同；
（2）①平衡時CO的轉化率為60%，則CO的濃度變化量=2mol/L×60%=1.2mol/L，則：
             CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始（mol/L）：2     3          0       0
變化（mol/L）：1.2   1.2        1.2     1.2
平衡（mol/L）：0.8   1.8        1.2     1.2
故平衡常數K=$\frac{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$=$\frac{1.2×1.2}{0.8×1.8}$=1，
故答案為：1；
②在相同溫度下，若起始時c（CO）=2mol•L^-1，c（H₂O）=2mol•L^-1，等效為在①中平衡基礎上移走水，水的轉化率增大，由上述計算可知①中平衡時水的轉化率為40%，則②中平衡時氫氣濃度大于2mol/L×40%=0.8mol/L，大于0.5mol/L，故反應向正反應進行，則v_（正）＞v_（逆）；
設平衡時CO濃度變化量為xmol/L，則：
             CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂ （g）
開始（mol/L）：2      2        0       0
變化（mol/L）：x      x        x       x
平衡（mol/L）：2-x    2-x      x       x
則$\frac{x×x}{（2-x）×（2-x）}$=1，解得x=1，故CO轉化率=$\frac{1mol/L}{2mol/L}$×100%，
故答案為：大于；50%；
③該反應是放熱反應，溫度降低，平衡正向移動，二氧化碳和氫氣濃度增大，一氧化碳和水的濃度減小，平衡常數K增大；
降低溫度，反應速率減小，
故答案為：增大；減小．

點評 本題考查化學平衡的計算，（1）關鍵在于確定右側反應到達平衡時反應混合物總的物質的量，（2）中②注意利用等效平衡分析判斷反應進行方向，也可以利用平衡常數與濃度商判斷，難度中等．