Question

美國Bay等工廠使用石油熱裂解的副產(chǎn)物甲烷來制取氫氣，其生產(chǎn)流程如圖一：

（1）此流程的第II步反應(yīng)為：CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），該反應(yīng)的平衡常數(shù)隨溫度的變化如下表：

溫度/℃	400	500	830
平衡常數(shù)K	10	9	1

從上表可以推斷：此反應(yīng)是

 

（填“吸熱”或“放熱”）反應(yīng)．在830℃下，若開始時(shí)向恒容密閉容器中充入1molCO和2molH₂O，則達(dá)到平衡后CO的轉(zhuǎn)化率為

 

．
（2）在一個(gè)絕熱等容容器中，不能判斷此流程的第II步反應(yīng)達(dá)到平衡的是

 

．
①體系的壓強(qiáng)不再發(fā)生變化②混合氣體的密度不變
③混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不變④各組分的物質(zhì)的量濃度不再改變
⑤體系的溫度不再發(fā)生變化⑥v（CO₂）_正=v（H₂O）_逆
（3）圖二表示此流程的第II步反應(yīng)，在t₁時(shí)刻達(dá)到平衡、在t₂時(shí)刻因改變某個(gè)條件濃度發(fā)生變化的情況：圖中t₂時(shí)刻發(fā)生改變的條件是

 

；

 

（寫出兩種）．
（4）若t₄時(shí)刻通過改變?nèi)莘e的方法將壓強(qiáng)增大為原先的兩倍，在圖中t₄和t₅區(qū)間內(nèi)畫出CO、CO₂濃度變化曲線，并標(biāo)明物質(zhì)（假設(shè)各物質(zhì)狀態(tài)均保持不變）．

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)平衡的計(jì)算,化學(xué)平衡的影響因素,化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷

專題：化學(xué)平衡專題

分析：（1）升高溫度平衡向吸熱反應(yīng)方向移動(dòng)，根據(jù)溫度與化學(xué)平衡常數(shù)關(guān)系確定反應(yīng)熱；根據(jù)化學(xué)平衡計(jì)算計(jì)算CO的轉(zhuǎn)化率；
（2）不傳熱的固定容積的容器中，反應(yīng)達(dá)到平衡的標(biāo)志是正逆反應(yīng)速率相同，各成分含量保持不變分析判斷選項(xiàng)；
（3）在t₂時(shí)刻CO的濃度減小、CO₂濃度增大，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，可以通過改變溫度、改變水蒸氣或氫氣的量實(shí)現(xiàn)；
（4）t₄時(shí)刻通過改變?nèi)莘e的方法將壓強(qiáng)增大為原先的兩倍則體積變?yōu)樵瓉淼囊话�，故濃度分別增大為原來的2倍，又反應(yīng)前后氣體系數(shù)相等，平衡不移動(dòng)．

解答： 解：（1）隨著溫度的升高，化學(xué)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)是放熱反應(yīng)；
設(shè)CO的轉(zhuǎn)化率為x，
      CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始    1mol   2mol    0       0
反應(yīng)    x       x      x      x
平衡（1-x）mol （2-x）mol xmol  xmol
化學(xué)平衡常數(shù)K=

x×x

(1-x)×(2-x)

=1，x=66.7%；
故答案：放熱；66.7%；
（2）在一個(gè)絕熱等容的容器中，判斷此流程的第Ⅱ步反應(yīng)CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），達(dá)到平衡的標(biāo)志是正逆反應(yīng)速率相同；各組分含量保持不變；
①雖然反應(yīng)前后氣體體積不變，但由于絕熱等容容器中反應(yīng)過程中有溫度變化，所以壓強(qiáng)也在變化，體系的壓強(qiáng)不再發(fā)生變化能判斷反應(yīng)達(dá)到平衡，故①符合；
②反應(yīng)中混合氣體質(zhì)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(yīng)達(dá)到平衡，故②不符合；
③反應(yīng)前后氣體質(zhì)量守恒，反應(yīng)前后氣體體積不變，物質(zhì)的量不變，混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不變，不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡，故③不符合；
④各組分的物質(zhì)的量濃度不再改變是平衡的標(biāo)志，故④符合；
⑤體系的溫度不再發(fā)生變化絕熱容器溫度不變，說明反應(yīng)達(dá)到平衡，故⑤符合；
⑥反應(yīng)速率之比等于化學(xué)方程式計(jì)量數(shù)之比，v（CO₂）_正=v（H₂O）_逆，說明水蒸氣的正逆反應(yīng)速率相同，故⑥符合；
故答案為：②③；
（3）在t₂時(shí)刻CO的濃度減小、CO₂濃度增大，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，且CO和CO₂濃度變化有接觸點(diǎn)，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(shí)現(xiàn)；故答案為：降低溫度；增加水蒸氣的量；
（4）t₄時(shí)刻通過改變?nèi)莘e的方法將壓強(qiáng)增大為原先的兩倍，則體積變?yōu)樵瓉淼囊话耄�故濃度分別增大為原來的2倍，又反應(yīng)前后氣體系數(shù)相等，平衡不移動(dòng)，所以圖象僅僅是濃度分別變?yōu)樵瓉淼?倍并且保持不變，如圖為，故答案為：．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了化學(xué)平衡移動(dòng)原理，明確化學(xué)平衡常數(shù)的含義結(jié)合化學(xué)平衡常數(shù)公式進(jìn)行有關(guān)計(jì)算，靈活運(yùn)用三段式法進(jìn)行解答，會(huì)分析圖象中曲線變化特點(diǎn)，題目難度中等．