Question

14．已知①Fe（s）+CO₂（g）?FeO（s）+CO（g）?K₁
②Fe（s）+H₂O（g）?FeO（s）+H₂（g）?K₂
③H₂（g）+CO₂（g）?H₂O（g）+CO（g）?K₃
又已知在不同的溫度下，K₁、K₂數值如表：

溫度℃	K1	K2
500	1.00	3.15
700	1.47	2.26
900	2.40	1.60

（1）若500℃時進行反應①，CO₂起始濃度為2mol/L，2分鐘后建立平衡，則CO₂的轉化率為50%，用CO表示反應速率為0.5mol/（L•min）．
（2）反應②的平衡常數表達式為K=$\frac{[H{\;}_{2}]}{[H{\;}_{2}O]}$，此反應在恒溫恒容的密閉裝置中進行，能充分說明此反應已達到平衡的標志是AB．
A．氣體的平均相對分子質量不再改變     B．氣體的總質量不再改變
C．氣體的總分子數不再改變                 D．容器內壓強不隨時間變化而變化
（3）若900℃時進行反應 ③，其平衡常數K₃為1.5（求具體數值），焓變△H＞0（填“＞”、“＜”、“=”）．若已知該反應僅在高溫時自發進行，則△S＞0（填“＞”、“＜”、“=”）．
（4）若500℃時進行反應 ③，在某時刻時C（H₂）=C（CO₂）=C（H₂O）=C（CO），則此時否（填“是”、“否”）達到平衡狀態；若沒有達到平衡狀態，則此時該反應正在向逆（填“正”、“逆”）方向進行，理由為：濃度商=$\frac{[CO]•[H{\;}_{2}O]}{[H{\;}_{2}]•[CO{\;}_{2}]}$=1＞K₃，所以此時平衡向逆反應方向移動．

Answer 1

分析 （1）利用500℃時K₁=$\frac{[CO]}{[CO{\;}_{2}]}$=1，說明CO和二氧化碳的平衡濃度相等，再結合CO₂起始濃度為2mol/L求算平衡時CO和二氧化碳的平衡濃度，據此計算；
（2）根據平衡常數為生成物濃度的冪次方之積比上反應物濃度的冪次方之積；可逆反應達到平衡狀態時，正逆反應速率相等（同種物質）或正逆反應速率之比等于系數之比（不同物質），平衡時各種物質的物質的量、濃度等不再發生變化，由此衍生的一些物理量不變，以此分析；
（3）K₁=$\frac{[CO]}{[CO{\;}_{2}]}$，K₂=$\frac{[H{\;}_{2}]}{[H{\;}_{2}O]}$；K₃=$\frac{[CO]•[H{\;}_{2}O]}{[H{\;}_{2}]•[CO{\;}_{2}]}$，依據反應①②的平衡常數計算反應③的平衡常數，據此解答；
（4）利用濃度商與平衡常數的大小關系判斷．

解答 解：（1）500℃時K₁=$\frac{[CO]}{[CO{\;}_{2}]}$=1，說明CO和二氧化碳的平衡濃度相等，CO₂起始濃度為2mol•L^-1，所以CO和二氧化碳的平衡濃度均為1mol/L，所以CO₂的轉化率為$\frac{1mol/L}{2mol/L}$×100%=50%，v（CO）=$\frac{1mol/L}{2min}$=0.5mol/（L•min），故答案為：50%；0.5mol/（L•min）；
（2）反應②的平衡常數表達式為K₂=$\frac{[H{\;}_{2}]}{[H{\;}_{2}O]}$；
A．氣體的物質的量不變，隨反應進行，氣體的總質量減小，則平均相對分子質量減小，所以平均相對分子質量不變，說明到達平衡狀態，故A正確；
B．隨反應進行，氣體的總質量減小，則氣體的總質量不再改變，說明到達平衡狀態，故B正確；
C．氣體的物質的量一直不變，則氣體的總分子數不再改變不能說明到達平衡狀態，故C錯誤；
D．隨反應進行，氣體的物質的量不變，則壓強不變，所以容器內壓強不隨時間變化而變化，不能說明到達平衡狀態，故D錯誤；
故答案為：$\frac{[H{\;}_{2}]}{[H{\;}_{2}O]}$；AB；
（3）K₁=$\frac{[CO]}{[CO{\;}_{2}]}$，K₂=$\frac{[H{\;}_{2}]}{[H{\;}_{2}O]}$；K₃=$\frac{[CO]•[H{\;}_{2}O]}{[H{\;}_{2}]•[CO{\;}_{2}]}$，依據反應①②的平衡常數計算反應③的平衡常數，K₃=$\frac{K{\;}_{1}}{K{\;}_{2}}$=$\frac{2.4}{1.6}$=1.5；K₁隨溫度升高而增大，K₂隨溫度升高而減小，所以K₃隨溫度升高而增大，說明正反應吸熱，△H＞0；當△H-T△S＜0時，反應自發進行，僅在高溫時自發進行，且△H＞0，則△S＞0，
故答案為：1.5；＞；＞；
（4）若500℃時進行反應 ③，K₃=$\frac{K{\;}_{1}}{K{\;}_{2}}$=$\frac{1.00}{3.15}$=0.317，在某時刻時C（H₂）=C（CO₂）=C（H₂O）=C（CO），則濃度商=$\frac{[CO]•[H{\;}_{2}O]}{[H{\;}_{2}]•[CO{\;}_{2}]}$=1＞K₃，所以此時平衡向逆反應方向移動，故答案為：否；逆；濃度商=$\frac{[CO]•[H{\;}_{2}O]}{[H{\;}_{2}]•[CO{\;}_{2}]}$=1＞K₃，所以此時平衡向逆反應方向移動．

點評 本題考查了化學平衡轉化率、反應速率以及常數的計算、反應自發進行的條件等，題目難度中等，要求學生具有分析和解決問題的能力．