Question

工廠使用石油熱裂解的副產物甲烷來制取氫氣，其生產流程如圖1：

（1）此流程的第II步反應為：CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），該反應的平衡常數隨溫度的變化如表：

溫度/℃	400	500	830
平衡常數K	10	9	1

從表中可以推斷：此反應是

 

（填“吸”或“放”）熱反應．在830℃下，若開始時向恒容密閉容器中充入1mo1CO和2mo1H₂O，則達到平衡后CO的轉化率為

 

．
（2）在500℃，以下表的物質的量（按照CO、H₂O、H₂、CO₂的順序）投入恒容密閉容器中進行上述第II步反應，達到平衡后下列關系正確的是

 

．

實驗編號	反應物投入量	平衡時H2濃度	吸收或放出的熱量	反應物轉化率
A	1、1、0、0	c1	Q1	α1
B	0、0、2、2	c2	Q2	α2
C	2、2、0、0	c3	Q3	α3

A．2c₁=c₂=c₃     B．2Q₁=Q₂=Q₃      C．α₁=α₂=α₃        D．α₁+α₂=1
（3）在一個絕熱等容容器中，不能判斷此流程的第II步反應達到平衡的是

 

．
①體系的壓強不再發生變化②混合氣體的密度不變
③混合氣體的平均相對分子質量不變④各組分的物質的量濃度不再改變
⑤體系的溫度不再發生變化⑥v（CO₂）_正=v（H₂O）_逆
（4）如圖2表示此流程的第II步反應，在t₁時刻達到平衡、在t₂時刻因改變某個條件濃度發生變化的情況：圖中t₂時刻發生改變的條件是

 

、

 

（寫出兩種）．若t₄時刻通過改變容積的方法將壓強增大為原先的兩倍，在圖中t₄和t₅區間內畫出CO、CO₂濃度變化曲線，并標明物質（假設各物質狀態均保持不變）．

Answer 1

考點：化學平衡的影響因素,化學平衡狀態的判斷,化學平衡的計算

專題：

分析：（1）升高溫度平衡向吸熱反應方向移動，根據溫度與化學平衡常數關系確定反應熱；根據化學平衡計算計算CO的轉化率；
（2）A．B、C是完全等效平衡，平衡時各組分的濃度相等，根據投料情況確定濃度關系；
B．B、C相比，建立的平衡的方向是不一樣的；
C．根據等效原理，不同的投料，建立的平衡狀態下，比較反應物的轉化率；
D．根據等效平衡原理以及平衡的建立方向確定轉化率關系；
（3）不傳熱的固定容積的容器中，反應達到平衡的標志是正逆反應速率相同，各成分含量保持不變分析判斷選項；
（4）在t₂時刻CO的濃度減小、CO₂濃度增大，平衡向正反應方向移動，可以通過改變溫度、改變水蒸氣或氫氣的量實現；t₄時刻通過改變容積的方法將壓強增大為原先的兩倍則體積變為原來的一半，故濃度分別增大為原來的2倍，又反應前后氣體系數相等，平衡不移動．

解答： 解：（1）隨著溫度的升高，化學平衡常數減小，說明平衡向逆反應方向移動，則正反應是放熱反應；
設CO的轉化率為x，
      CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始    1mol   2mol    0       0
反應    x       x      x      x
平衡（1-x）mol （2-x）mol xmol  xmol
化學平衡常數K=

x×x

(1-x)?(2-x)

=1，x=66.7%；
故答案：放熱；66.7%；
（2）A．B、C是完全等效平衡，平衡時各組分的濃度相等，所以平衡時氫氣的濃度c₃=c₂，但是A的投料量是B、C的2倍，達到平衡時，氫氣的濃度是B（C）的2倍，即2c₁=c₂=c₃，故A正確；
B．B、C相比，建立的平衡的方向是不一樣的，2Q₁＜Q₂=Q₃，故B錯誤；
C．根據等效原理，不同的投料，建立的平衡狀態下，反應物的轉化率α₁=α₃≠α₂，故C錯誤；
D．平衡時對應各組分的含量完全相同，CO的轉化率為α₁，則平衡時CO的物質的量為（1-α₁）mol，B中平衡時二氧化碳的轉化率為α₂，平衡時CO的物質的量為α₂mol，故（1-α₁）=α₂，整理得α₁+α₂=1，故D正確；
故答案為：AD；
（3）在一個絕熱等容的容器中，判斷此流程的第Ⅱ步反應CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），達到平衡的標志是正逆反應速率相同；各組分含量保持不變；
①雖然反應前后氣體體積不變，但由于絕熱等容容器中反應過程中有溫度變化，所以壓強也在變化，體系的壓強不再發生變化能判斷反應達到平衡，故①符合；
②反應中混合氣體質量守恒，體積不變，密度不變，混合氣體的密度不變不能說明反應達到平衡，故②不符合；
③反應前后氣體質量守恒，反應前后氣體體積不變，物質的量不變，混合氣體的平均相對分子質量不變，不能說明反應達到平衡，故③不符合；
④各組分的物質的量濃度不再改變是平衡的標志，故④符合；
⑤體系的溫度不再發生變化絕熱容器溫度不變，說明反應達到平衡，故⑤符合；
⑥反應速率之比等于化學方程式計量數之比，v（CO₂）_正=v（H₂O）_逆，說明水蒸氣的正逆反應速率相同，故⑥符合；
故答案為：②③；
（3）在t₂時刻CO的濃度減小、CO₂濃度增大，平衡向正反應方向移動，且CO和CO₂濃度變化有接觸點，所以可以通過改變降低溫度、增大水蒸氣的量或減少氫氣的量實現；t₄時刻通過改變容積的方法將壓強增大為原先的兩倍，則體積變為原來的一半，故濃度分別增大為原來的2倍，又反應前后氣體系數相等，平衡不移動，所以圖象僅僅是濃度分別變為原來的2倍并且保持不變，如圖為，故答案為：降低溫度；增加水蒸氣的量；
．

點評：本題考查了化學平衡移動原理，明確化學平衡常數的含義結合化學平衡常數公式進行有關計算，靈活運用三段式法進行解答，會分析圖象中曲線變化特點，題目難度很大．