Question

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

溫度/℃	400	500	800
平衡常數(shù)K	9.94	9	1

試回答下列問題：
（1）在800℃發(fā)生上述反應(yīng)，以表中的物質(zhì)的量投入恒容反應(yīng)器，其中向正反應(yīng)方向移動的有

 

（選填A(yù)、B、C、D、E）；

	n（CO）	n（H2O）	n（H2）	n（CO2）
A	1	5	2	3
B	2	2	1	1
C	3	3	0	0
D	0.5	2	1	1
E	3	1	2	1

（2）在1L密閉容器中通入10mol CO和10mol水蒸氣，在500℃下經(jīng)過30s達到平衡，則30s內(nèi)CO的平均反應(yīng)速率為

 

．
（3）已知在一定溫度下，C（s）+CO₂（g）?2CO（g）平衡常數(shù)K；K的表達式

 

；
C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）平衡常數(shù)K₁；
CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）平衡常數(shù)K₂；
則K、K₁、K₂之間的關(guān)系是：

 

；
（4）某溫度下C（s）+CO₂（g）?2CO（g）能判斷該反應(yīng)達到化學(xué)平衡狀態(tài)的依據(jù)是

 

．
A．c（CO₂）=c（CO）            
B．K不變                
C．容器中的壓強不變
D．v_正（CO）=2v_正（CO₂）        
E．c（CO）保持不變         
F．混合氣體相對分子質(zhì)量不變
（5）如圖1所示，在甲、乙兩容器中都充入1mol C和1mol CO₂，并使甲、乙兩容器初始容積相等．在相同溫度下發(fā)生反應(yīng)C（s）+CO₂（g）?2CO（g），并維持反應(yīng)過程中溫度不變．已知甲容器中CO₂的轉(zhuǎn)化率隨時間變化的圖象如圖2所示，請在圖2中畫出乙容器中CO₂的轉(zhuǎn)化率隨時間變化的圖象．

Answer 1

考點：化學(xué)平衡的影響因素,反應(yīng)速率的定量表示方法,化學(xué)平衡常數(shù)的含義,化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷,轉(zhuǎn)化率隨溫度、壓強的變化曲線

專題：化學(xué)平衡專題,化學(xué)反應(yīng)速率專題

分析：（1）反應(yīng)在同一容器內(nèi)進行，體積相同，方程式中各物質(zhì)的化學(xué)計量數(shù)都是1，所以在計算中均可用物質(zhì)的量數(shù)值代替濃度數(shù)值，求出此時的濃度商Q_c，平衡向正反應(yīng)方向移動，濃度商小于平衡常數(shù)；
（2）到達平衡時轉(zhuǎn)化率最大，令平衡時CO的濃度變化量為cmol/L，根據(jù)三段式法用c表示出平衡時各組分個濃度，依據(jù)平衡常數(shù)計算結(jié)合化學(xué)反應(yīng)速率概念計算得到；
（3）依據(jù)平衡常數(shù)概念結(jié)合化學(xué)方程式寫出平衡常數(shù)，固體不寫入表達式；依據(jù)化學(xué)反應(yīng)的平衡常數(shù)表達式計算分析；
（4）化學(xué)反應(yīng)達到平衡的標(biāo)志是正逆反應(yīng)速率相同，各組分含量保持不變，據(jù)此分析選項；
（5）甲、乙兩容器中分別充入1mol C和1mol CO₂，且甲、乙兩容器初始容積相等，由圖可知，甲的體積不變，乙的壓強不變，則假定甲不變，乙中發(fā)生C（s）+CO₂（g）?2CO（g），其體積增大，則相當(dāng)于壓強減小，化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動，乙容器中CO₂的轉(zhuǎn)化率增大，但壓強小，反應(yīng)速率減慢，則達到平衡的時間變長；

解答： 解：（1）反應(yīng)在同一容器內(nèi)進行，體積相同，方程式中各物質(zhì)的化學(xué)計量數(shù)都是1，所以在計算中均可用物質(zhì)的量數(shù)值代替濃度數(shù)值，800℃時反應(yīng)平衡常數(shù)為1．
A、k=

c(H2)c(CO2)

c(CO)c(H2O)

=

2×3

1×5

=

6

5

，大于1，反應(yīng)向逆反應(yīng)進行，故A錯誤；
B、k=

c(H2)c(CO2)

c(CO)c(H2O)

=

1×1

2×2

=

1

4

，小于1，反應(yīng)向正反應(yīng)進行，故B正確；
C、開始只有CO、H₂，反應(yīng)向正反應(yīng)進行，故C正確；
D、k=

c(H2)c(CO2)

c(CO)c(H2O)

=

1×1

0.5×2

=1，處于平衡狀態(tài)，故D錯誤；
E、k=

c(H2)c(CO2)

c(CO)c(H2O)

=

2×1

3×1

=

2

3

，小于1，反應(yīng)向正反應(yīng)進行，故E正確；
故答案為：BCE；
（2）在1L密閉容器中通入10mol CO和10mol水蒸氣，在500℃下經(jīng)過30s達到平衡，則30s內(nèi)CO的平均反應(yīng)速率為
設(shè)CO的濃度變化量為c，三段式法用c表示出平衡時各組分個濃度，
              CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），
起始（mol/L）：10      10        0       0
轉(zhuǎn)化（mol/L）：c       c         c        c
平衡（mol/L）：10-c   10-c       c        c
代入500℃時反應(yīng)平衡常數(shù)有k=

c(H2)c(CO2)

c(CO)c(H2O)

=

c×c

(10-c)(10-c)

=9，解得c=7.5，
則30s內(nèi)CO的平均反應(yīng)速率=

7.5mol 1L

30s

=0.25mol/L?s；
故答案為：0.25mol/L?s；
（3）已知在一定溫度下，C（s）+CO₂（g）?2CO（g）；K的表達式為K=

C2(CO)

C(CO2)

；
C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）平衡常數(shù)K₁=

c(CO)c(H2)

c(H2O)

；
CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）平衡常數(shù)K₂=

c(H2)c(CO2)

c(CO)c(H2O)

K=

K1

K2

=

C2(CO)

C(CO2)

；
故答案為：

C2(CO)

C(CO2)

；

K1

K2

；
（4）某溫度下C（s）+CO₂（g）?2CO（g）能判斷該反應(yīng)達到化學(xué)平衡狀態(tài)的依據(jù)依據(jù)平衡標(biāo)志是正逆反應(yīng)速率相同分析；
A．速率之比等于化學(xué)方程式系數(shù)之比，c（CO₂）=c（CO），不能證明反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，故A不符合；
B．平衡常數(shù)隨溫度變化，其他條件變化平衡可以發(fā)生移動，K不變不能說明反應(yīng)達到平衡，故B不符合；
C．反應(yīng)前后氣體體積變化，容器中的壓強不變，能說明反應(yīng)達到平衡，故C符合；
D．速率之比等于化學(xué)方程式系數(shù)之比，v_正（CO）=2v_正（CO₂） 只能說明反應(yīng)正向進行，故D不符合；
E．c（CO）保持不變 是平衡的標(biāo)志，故E符合；
F．碳為固體，反應(yīng)前后氣體質(zhì)量變化，混合氣體相對分子質(zhì)量不變，說明反應(yīng)達到平衡，故F符合；
故答案為CEF；
（5）甲、乙兩容器中分別充入1mol C和1mol CO₂，且甲、乙兩容器初始容積相等，由圖可知，甲的體積不變，乙的壓強不變，則假定甲不變，乙中發(fā)生C（s）+CO₂（g）?2CO（g），其體積增大，則相當(dāng)于壓強減小，化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動，乙容器中CO₂的轉(zhuǎn)化率增大，但壓強小，反應(yīng)速率減慢，則達到平衡的時間變長；
，則乙中CO₂的轉(zhuǎn)化率隨時間變化的圖象為
；
故答案為：；

點評：本題考查了化學(xué)平衡影響因素分析判斷，平衡移動原理是解題有關(guān)，化學(xué)反應(yīng)速率，平衡常數(shù)概念計算應(yīng)用，注意平衡的條件分析是解題關(guān)鍵，題目難度中等．