Question

將不同量的H₂O（氣） 和CO 氣體分別通入到一體積為l L的恒容密閉容器中進(jìn)行反應(yīng)：
H₂O （g）+CO（ g） 

催化劑

加熱

CO₂ （g）+H₂（g）；得到以下三組數(shù)據(jù)，據(jù)此回答下列問題：

實(shí)驗(yàn)組	溫度	起始量		平衡量		達(dá)到平衡所需時(shí)間
		H2O	CO	H2	CO
1	650℃	1 mol	2 mol	0.8 mol	1.2 mol	5 min
2	900℃	0.5 mol	1 mol	0.2 mol	0.8 mol	3 min
3	900℃	a	b	c	d	t

（1）①由以上數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)1中以v（ CO₂） 表示的反應(yīng)速率為

 

．
②該反應(yīng)在650℃時(shí)平衡常數(shù)數(shù)值為

 

，該反應(yīng)的逆反應(yīng)為

 

 （填“吸”或“放”）熱反應(yīng)．
③若實(shí)驗(yàn)3要達(dá)到與實(shí)驗(yàn)2相同的平衡狀態(tài)（即各物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別相等），且t＜3min，則a、b 應(yīng)滿足的關(guān)系是

 

．
（2）如圖1、2 表示上述反應(yīng)在時(shí)刻t₁達(dá)到平衡，在時(shí)刻t₂因改變某個(gè)條件而發(fā)生變化的情況：

①圖1中時(shí)刻t₂發(fā)生改變的條件可能是

 

 （寫2條）
②圖2中時(shí)刻t₂發(fā)生改變的條件可能是

 

 （寫2條）
（3）在850℃時(shí)，其平衡常數(shù)K=1，850℃時(shí)在該容器中同時(shí)充人1.0mol CO，3.0mol H₂O，1.0mol CO₂，5.0mol H₂，此時(shí)反應(yīng)向

 

（填“正反應(yīng)”或“逆反應(yīng)”）方向進(jìn)行，平衡時(shí)CO₂的物質(zhì)的量為

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)平衡的計(jì)算,化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡圖象的綜合應(yīng)用

專題：化學(xué)平衡專題

分析：（1）①根據(jù)v=

△c

△t

計(jì)算；
②首先計(jì)算出平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度，根據(jù)K=

c(CO2)?c(H2)

c(CO)?c(H2O)

計(jì)算，第二組溫度比第一組高，反應(yīng)物物質(zhì)的量比第一組減半，但是平衡時(shí)CO₂的物質(zhì)的量比第一組的一半少，表明該反應(yīng)為放熱反應(yīng)；
③反應(yīng)前后氣體體積不變，實(shí)驗(yàn)2相似的平衡狀態(tài)（即各物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別相等），為等效平衡，滿足CO（g）與H₂O（g）的物質(zhì)的量為1：2，由于到達(dá)平衡時(shí)間t＜3min，物質(zhì)的量應(yīng)比實(shí)驗(yàn)2大或使用催化劑；
（2）根據(jù)外界條件對(duì)化學(xué)平衡的影響判斷；
（3）根據(jù)濃度商和平衡常數(shù)的比較可以判斷出平衡移動(dòng)方向，利用三段式根據(jù)平衡常數(shù)可以計(jì)算出平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度，進(jìn)而求得二氧化碳的物質(zhì)的量．

解答： 解：（1）①根據(jù)方程式可知v（CO）=v（CO₂），則v（CO₂）=v（CO）=

2mol-1.2mol 1L

5 min

=0.16mol/（L?min），故答案為：0.16mol/（L?min）；
②H₂O（g）+CO（g） CO₂（g）+H₂（g）
初始 1mol/L    2mol/L            0       0
轉(zhuǎn)化 0.8mol/L   0.8mol/l     0.8mol/l    0.8mol/l
平衡 0.2mol/L   1.2mol/L     0.8mol/l    0.8mol/l 
根據(jù)K=

c(CO2)?c(H2)

c(CO)?c(H2O)

計(jì)算可得該反應(yīng)在650℃時(shí)平衡常數(shù)數(shù)值為K=

0.8×0.8

0.2×1.2

=

8

3

=2.67，
實(shí)驗(yàn)1中CO的轉(zhuǎn)化率為

0.8mol

2mol

×100%=40%，實(shí)驗(yàn)2中CO的轉(zhuǎn)化率為

0.2mol

1mol

×100%=20%，則實(shí)驗(yàn)1的轉(zhuǎn)化率大于實(shí)驗(yàn)2，則說明溫度升高平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，正反應(yīng)放熱，逆反應(yīng)為吸熱反應(yīng)；
故答案為：2.67；吸；
③反應(yīng)前后氣體體積不變，實(shí)驗(yàn)2相似的平衡狀態(tài)（即各物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別相等），為等效平衡，滿足CO（g）與H₂O（g）的物質(zhì)的量為1：2，即a：b=1：2，b=2a，由于到達(dá)平衡時(shí)間t＜3min，所以速率較實(shí)驗(yàn)2快，故a＞0.5（或使用催化劑）．
故答案為：b=2a，a＞0.5（或使用催化劑）．
（2）①圖1中，t₂正逆反應(yīng)速率同時(shí)同等程度增大，由于反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量相同，增大壓強(qiáng)化學(xué)平衡不發(fā)生移動(dòng)，即正逆反應(yīng)速率變化程度相同，所以外界條件的改變?yōu)榧尤氪呋瘎┗蚩s小容器體積，故答案為：加入催化劑或縮小容器體積；
②圖2中時(shí)刻t₂CO₂濃度增大，CO濃度減小，即化學(xué)平衡向右移動(dòng)，又由于在t₂時(shí)，二者濃度不變，即壓強(qiáng)不變，或者說，不是因?yàn)閴簭?qiáng)變化而導(dǎo)致平衡的移動(dòng)，只能為溫度的影響，或?yàn)镠₂O（g）或H₂濃度的影響，所以條件為通H₂O（g）或降溫或減小H₂濃度，故答案為：通H₂O（g）或降溫或減小H₂濃度．
（3）設(shè)反應(yīng)時(shí)轉(zhuǎn)化了CO₂xmol/L 
　　　　　　　　　H₂O（g）+CO（g） CO₂（g）+H₂（g）
初始 （mol/L）　  3        1              1        5
轉(zhuǎn)化 （mol/L）    x        x              x        x
平衡 （mol/L）   3+x      1+x            1-x       5-x

Qc=

c(CO2)?c(H2)

c(CO)?c(H2O)

=

1×5

1×3

=

5

3

＞K，所以平衡向逆反應(yīng)方向進(jìn)行；
根據(jù)K=

(1-x)×(5-x)

(1+x)×(3+x)

=1，可解得x=0.2，所以平衡時(shí)CO₂的物質(zhì)的量為（1mol/L-0.2mol/L）×1L=0.8mol，故答案為：逆反應(yīng)，0.8mol；

點(diǎn)評(píng)：本題主要考查了平衡常數(shù)的計(jì)算及運(yùn)用平衡常數(shù)判斷平衡移動(dòng)方向和反應(yīng)的熱效應(yīng)和影響平衡移動(dòng)的條件等，有一定的綜合性，中等難度，解題時(shí)要注意靈活運(yùn)用三段式進(jìn)行計(jì)算．