Question

低碳經(jīng)濟(jì)呼喚新能源和清潔環(huán)保能源．煤化工中常需研究不同溫度下的平衡常數(shù)、投料比及熱值等問題．
已知：CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）的平衡常數(shù)隨溫度的變化如表．

溫度/℃	400	500	850
平衡常數(shù)	9.94	9	1

請(qǐng)回答下列問題：
（1）上述正反應(yīng)方向是

 

反應(yīng)（填“放熱”或“吸熱”）．
（2）850℃時(shí)在體積為10L反應(yīng)器中，通入一定量的CO和H₂O（g）發(fā)生上述反應(yīng)，CO和H₂O（g）濃度變化如圖，則0～4min的平均反應(yīng)速率v（CO）=

 

 mol/（L?min） 
（3）t₁℃（高于850℃）時(shí)，在相同容器中發(fā)生上述反應(yīng)，容器內(nèi)各物質(zhì)的濃度變化如表．
t₁℃時(shí)物質(zhì)濃度（mol/L）的變化

時(shí) 間（min）	CO	H2O	CO2	H2
0	0.200	0.300	0	0
2	0.138	0.238	0.062	0.062
3	C1	C2	C3	C3
4	C1	C2	C3	C3
5	0.116	0.216	0.084
6	0.096	0.266	0.104

①表中3min～4min之間反應(yīng)處于

 

狀態(tài)；C₁數(shù)值

 

0.08mol/L （填大于、小于或等于）．
②反應(yīng)在4min～5min，平衡向逆方向移動(dòng)，可能的原因是

 

（單選），表中5min～6min之間數(shù)值發(fā)生變化，可能的原因是

 

（單選）．
A．增加水蒸氣         B．降低溫度       C．使用催化劑         D．增加氫氣濃度
（4）若在500℃時(shí)進(jìn)行，若CO、H₂O的起始濃度均為0.020mol/L，在該條件下，CO的最大轉(zhuǎn)化率為：

 

．
（5）若在850℃進(jìn)行，設(shè)起始時(shí)CO和H₂O（g）共為5mol，水蒸氣的體積分?jǐn)?shù)為X；平衡時(shí)CO轉(zhuǎn)化率為Y，試推導(dǎo)Y隨X變化的函數(shù)關(guān)系式為

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：物質(zhì)的量或濃度隨時(shí)間的變化曲線,化學(xué)平衡的影響因素,化學(xué)平衡的計(jì)算

專題：化學(xué)平衡專題

分析：（1）由表可知，溫度越高，平衡常數(shù)越小，反應(yīng)進(jìn)行程度越小，平衡向逆反應(yīng)移動(dòng)，升高溫度平衡向吸熱方向移動(dòng)；
（2）根據(jù)v=

△c

△t

計(jì)算反應(yīng)速率；
（3）根據(jù)濃度、壓強(qiáng)、溫度對(duì)平衡移動(dòng)的影響分析．
（4）到達(dá)平衡時(shí)轉(zhuǎn)化率最大，令平衡時(shí)CO的濃度變化量為cmol/L，根據(jù)三段式法用c表示出平衡時(shí)各組分個(gè)濃度，再利用平衡常數(shù)列方程，求出c，再利用轉(zhuǎn)化率定義計(jì)算；
（5）起始時(shí)水的物質(zhì)的量為5Xmol，CO的物質(zhì)的量為 5（1-X）mol，利用三段式法求出平衡時(shí)各組分的物質(zhì)的量，代入800℃平衡常數(shù)，據(jù)此解答．

解答： 解：（1）由表可知，溫度越高，平衡常數(shù)越小，反應(yīng)進(jìn)行程度越小，平衡向逆反應(yīng)移動(dòng)，升高溫度平衡向吸熱方向移動(dòng)，故正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，故答案為：放熱；
（2）v（CO）=（0.2-0.08）÷4=0.03mol/（L?min），故答案為：0.03mol/（L?min）；
（3）①在高于850℃時(shí)發(fā)生反應(yīng)，化學(xué)反應(yīng)速率加快，一定在4min前達(dá)到化學(xué)平衡．另外從表中可看出反應(yīng)在3min和4min時(shí)的各物質(zhì)濃度相同，故3min-4min之間反應(yīng)應(yīng)處于平衡狀態(tài)．由于是放熱反應(yīng)，溫度升高，化學(xué)平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，C₁數(shù)值應(yīng)大于0.08 mol/L，故答案為：平衡，大于；
②反應(yīng)在4min-5min間，平衡向逆方向移動(dòng)可能是升高溫度、增大生成物濃度、減少反應(yīng)物濃度等因素引起，故選D．表中5min-6min之間CO濃度減少，H₂O濃度增大，CO₂濃度增大，只有增加水蒸氣，使化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，故選A，故答案為：D，A；
（4）設(shè)CO的濃度變化量為c，則
       CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），
起始：0.02     0.020       0       0
轉(zhuǎn)化：c         c          c       c
平衡：0.02-c   0.02-c      c       c
代入500℃時(shí)反應(yīng)平衡常數(shù)有k=

c(H2)c(CO2)

c(CO)c(H2O)

=

c×c

(0.02-c)×(0.02-c)

=9，解得c=0.015，
CO的最大所以轉(zhuǎn)化率為

0.015

0.2

×100%=75%，故答案為：75%；
（5）因800℃時(shí)反應(yīng)平衡常數(shù)為1．起始時(shí)水的物質(zhì)的量為5Xmol，CO的物質(zhì)的量為 5（1-X）mol，則
                CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），
起始：5（1-X）    5X      0        0
轉(zhuǎn)化：5（1-X）Y  5（1-X）Y  5（1-X）Y  5（1-X）Y
平衡：5（1-X）（1-Y） 5（X-Y+XY）5（1-X）Y  5（1-X）Y
所以平衡常數(shù)k=

c(H2)c(CO2)

c(CO)c(H2O)

=

5(1-x)y×(1-x)y

5(1-x)(1-y)×5(x-y+xy)

=1，解得Y=X，故答案為：Y=X．

點(diǎn)評(píng)：本題主要考查反應(yīng)速率的計(jì)算、平衡移動(dòng)的影響因素、平衡常數(shù)的計(jì)算，難度較大，要注意平衡常數(shù)只受溫度的影響．