Question

10．煤化工中常需研究不同溫度下平衡常數(shù)、投料比及產(chǎn)率等問題．已知CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）的平衡常數(shù)隨溫度的變化如下表：

溫度/℃	400	500	830	1 000
平衡常數(shù)K	10	9	1	0.6

試回答下列問題：
（1）上述反應(yīng)的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)（填“放熱”或“吸熱”），該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為K=$\frac{c（{H}_{2}）•c（C{O}_{2}）}{c（CO）•c（{H}_{2}O）}$，．
（2）能判斷該反應(yīng)是否達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的依據(jù)是bc（填序號(hào)）
a．容器中壓強(qiáng)不變                 b．混合氣體中 c（CO）不變
c．υ_正（H₂）=υ_逆（H₂O）          d．c（CO₂）=c（CO）
（3）在實(shí)際生產(chǎn)中，該反應(yīng)的適宜條件為C．
A．加壓，400～500℃催化劑　B．加壓，830～1000℃催化劑
C．常壓，400～500℃催化劑D．常壓，830～1000℃催化劑
（4）在830℃時(shí)，2L的密閉容器中加入4molCO（g）和6molH₂O（g），10min后達(dá)到平衡時(shí)，CO₂的平衡濃度為1.2mol/L，用H₂濃度變化來表示的平均反應(yīng)速率為0.12mol/（L•min），CO的轉(zhuǎn)化率是60%．
（5）為使該反應(yīng)的反應(yīng)速率增大且平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)的是a（填字母序號(hào)）
a．增大CO濃度                              b．升高溫度
c．將生成物分離出去                         d．使用高效催化劑．

Answer 1

分析 （1）依據(jù)平衡常數(shù)隨溫度的變化結(jié)合平衡移動(dòng)原理分析判斷反應(yīng)的熱量變化，根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知，溫度升高平衡常數(shù)減小，說明平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)；根據(jù)反應(yīng)方程式及化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式完成；
（2）根據(jù)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)，各組分濃度不變，正逆反應(yīng)相等進(jìn)行分析；
（3）根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)中，即要考慮反應(yīng)速率又要考慮轉(zhuǎn)化率，還要兼顧設(shè)備并結(jié)合反應(yīng)特征分析；
（4）依據(jù)平衡三段式列式計(jì)算反應(yīng)的一氧化碳，根據(jù)轉(zhuǎn)化率概念計(jì)算得到；
（5）為使該反應(yīng)的反應(yīng)速率增大，可采用增大壓強(qiáng)、升高溫度、加入催化劑、增大反應(yīng)物濃度等方法，再結(jié)合平衡移動(dòng)原理分析解答．

解答 解：（1）根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知，溫度升高平衡常數(shù)減小，說明平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，則正反應(yīng)放熱，根據(jù)反應(yīng)CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）及化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式，K=$\frac{c（{H}_{2}）•c（C{O}_{2}）}{c（CO）•c（{H}_{2}O）}$，
故答案為：放熱；K=$\frac{c（{H}_{2}）•c（C{O}_{2}）}{c（CO）•c（{H}_{2}O）}$；
（2）a．反應(yīng)前后氣體體積不變，壓強(qiáng)始終不會(huì)變化，所以壓強(qiáng)不變，無法判斷是否達(dá)到平衡狀態(tài)，故a錯(cuò)誤；
b．濃度不變，反應(yīng)達(dá)到了化學(xué)平衡狀態(tài)，故b正確；
c．正逆反應(yīng)速率相等，各組分濃度不變，達(dá)到了化學(xué)平衡狀態(tài)，故c正確；
d．濃度相等，不能判斷各組分濃度是否不變，無法判斷是否達(dá)到平衡狀態(tài)，故d錯(cuò)誤；
故答案為：bc；
（3）實(shí)際生產(chǎn)中，即要考慮反應(yīng)速率又要考慮轉(zhuǎn)化率，還要兼顧設(shè)備，所以由于反應(yīng)前后氣體體積不變，又是放熱反應(yīng)，故溫度不宜太高，所以常壓，400～500℃催化劑最好，
故答案為：C；
（4）830℃時(shí)，在2L的密閉容器中加入4molCO（g）和6molH₂O（g）達(dá)到平衡時(shí)，設(shè)一氧化碳轉(zhuǎn)化物質(zhì)的量為x，
                 CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）
起始量（mol）    4       6         0       0
變化量（mol）   x        x        x        x
平衡量（mol）  4-x      6-x       x        x
平衡常數(shù)K=$\frac{{x}^{2}}{（4-x）•（6-x）}$=1，解得：x=2.4mol，
所以CO₂的平衡濃度為：$\frac{2.4mol}{2L}$=1.2mol/L
用H₂濃度變化來表示的平均反應(yīng)速率=$\frac{\frac{2.4mol}{2L}}{10min}$=0.12mol/（L•min）
CO的轉(zhuǎn)化率=$\frac{2.4mol/L}{4mol}$×100%=60%，
故答案為：1.2mol/L；0.12mol/（L•min）；60%；
（5）a．增大CO的濃度反應(yīng)速率增大，且該反應(yīng)向正反應(yīng)方向移動(dòng)，故正確；    
b．升高溫度，反應(yīng)速率增大但平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，故錯(cuò)誤；
c．分離生成物平衡向右移動(dòng)，但反應(yīng)速率減小，故錯(cuò)誤；         
d．選擇高效催化劑能增大反應(yīng)速率，但平衡不移動(dòng)，故錯(cuò)誤；
故答案為：a．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了化學(xué)平衡的計(jì)算，題目難度中等，明確影響化學(xué)平衡的因素為解答關(guān)鍵，注意掌握三段式在化學(xué)平衡的計(jì)算中的應(yīng)用，試題培養(yǎng)了學(xué)生的分析能力及化學(xué)計(jì)算能力．