Question

11．在一定體積的密閉容器中，進行如下化學反應：CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g），其化學平衡常數K與溫度t的關系如下：

T/℃	700	800	830	1000	1200
K	0.6	0.9	1.0	1.7	2.6

請回答下列問題：
（1）該反應的化學平衡常數表達式K=$\frac{c（CO）•c（H{\;}_{2}O）}{c（CO{\;}_{2}）•c（H{\;}_{2}）}$．
（2）該反應為吸熱反應（填“吸熱”或“放熱”），升高溫度，逆反應速率增大（填“增大”、“減小”或“不變”）
（3）溫度不變，減小CO濃度，平衡向正反應方向移動（填“正反應”或“逆反應”），該反應平衡常數K 值不變（填“增大”、“減小”或“不變”）
（4）800℃時，固定容積的密閉容器中放入混合物，起始濃度為c（CO）=1mol•L^-1，c（H₂O）=3mol•L^-1，c（CO₂）=1mol•L^-1，c（H₂）=5mol•L^-1，則反應開始時，H₂O的消耗速率比生成速率�。ㄌ睢按蟆�、“小”或“不能確定”）
（5）t℃時，在2L的固定容積的密閉容器中放入4mol CO₂和6mol H₂，平衡后CO₂的轉化率為60%，則達到平衡時CO的體積分數為24%，反應溫度t為830℃．
溫度不變，若起始時投入3.6mol CO、3.6mol H₂O和1.8mol H₂，則達到平衡時CO的體積分數為24%，H₂的平衡濃度為1.62mol/L．

Answer 1

分析 （1）化學平衡常數，是指在一定溫度下，可逆反應達到平衡時各生成物濃度的化學計量數次冪的乘積除以各反應物濃度的化學計量數次冪的乘積所得的比值，據此書寫；
（2）由表中數據可知，溫度越高化學平衡常數越大，升高溫度平衡向正反應移動，正反應是吸熱反應，升高溫度，反應速率增大；
（3）減小生成物濃度，平衡向正反應方向移動，平衡常數只受溫度影響；
（4）計算此時的濃度商Qc，與平衡常數比較判斷反應進行方向，據此解答；
（5）根據CO₂的轉化率，根據三段式表示出平衡時各組分的物質的量，該反應是氣體體積不變的反應，用物質的量代替濃度代入平衡常數表達式可以計算出平衡常數，當起始時投入3.6mol CO、3.6mol H₂O和1.8mol H₂時，設轉化的CO的濃度為xmol/L，利用平衡常數可計算出x的值，并確定H₂的平衡濃度，據此解答．

解答 解：（1）可逆反應CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）的化學平衡常數表達式k=$\frac{c（CO）•c（H{\;}_{2}O）}{c（CO{\;}_{2}）•c（H{\;}_{2}）}$，
故答案為：$\frac{c（CO）•c（H{\;}_{2}O）}{c（CO{\;}_{2}）•c（H{\;}_{2}）}$；
（2）由表中數據可知，溫度越高化學平衡常數越大，升高溫度平衡向正反應移動，正反應是吸熱反應，升高溫度，正逆反應速率都增大，
故答案為：吸熱；增大；
（3）減小生成物濃度，平衡向正反應方向移動，平衡常數只受溫度影響，所以減小CO的濃度，平衡常數不變，
故答案為：正反應；不變；
（4）此時的濃度商Qc=$\frac{1×3}{1×5}$=0.6，小于平衡常數0.9，故反應向正反應進行，故H₂O的消耗速率比生成速率小，
故答案為：�。�
（5）容器中放入4mol CO₂和6mol H₂，CO₂和H₂的濃度分別為2mol/L、3mol/L，則：
              CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）
開始（mol/L）：2       3        0      0
變化（mol/L）：1.2    1.2      1.2     1.2
平衡（mol/L）：0.8    1.8      1.2     1.2     
故CO的體積分數為$\frac{1.2}{5}$×100%=24%，K=$\frac{1.2×1.2}{0.8×1.8}$=1，所以此時的溫度為830℃，
若起始時投入3.6mol CO、3.6mol H₂O和1.8mol H₂時，其濃度分別為2、1.8mol/L、1.8mol/L、0.9mol/L，設轉化的CO的濃度為xmol/L，則：
              CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）
開始（mol/L）：0       0.9     1.8      1.8
變化（mol/L）：x       x       x        x
平衡（mol/L）：x    0.9+x    1.8-x      1.8-x      
K=$\frac{（1.8-x）（1.8-x）}{x（0.9+x）}$=1，所以x=0.72，所以CO的體積分數為$\frac{1.8-0.72}{0.9+1.8+1.8}$×100%=24%，H₂的平衡濃度為（0.9+0.72）mol/L=1.62mol/L，
故答案為：24%；830℃；24%；1.62mol/L．

點評 本題考查化學平衡常數、平衡常數的應用等，難度中等，注意掌握化學平衡常數的用途：1、判斷反應進行的程度，2、判斷反應的熱效應，3、判斷反應進行的方向，4、計算轉化率等．