Question

19．．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(wèn)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(wèn)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(dòng)的有BCE（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(guò)30s達(dá)到平衡，則30s內(nèi)CO的平均反應(yīng)速率為0.25mol•L^-1•s^-1；
（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(dá)式$\frac{{c}^{2}（CO）}{c（C{O}_{2}）}$；
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：K=$\frac{{K}_{1}}{{K}_{2}}$；
（4）某溫度下C（s）+CO₂（g）?2CO（g）能判斷該反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的依據(jù)是CEF；
A．c（CO₂）=c（CO）          B．K不變              C．容器中的壓強(qiáng)不變
D．v_正（CO）=2v_正（CO₂）      E．c（CO）保持不變       F．混合氣體相對(duì)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(guò)程中溫度不變．已知甲容器中CO₂的轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間變化的圖象如圖2所示，請(qǐng)?jiān)趫D2中畫(huà)出乙容器中CO₂的轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間變化的圖象．

Answer 1

分析 （1）C中只有反應(yīng)物，反應(yīng)一定向正反應(yīng)進(jìn)行建立平衡，800℃時(shí)平衡常數(shù)K=$\frac{c（{H}_{2}）×c（C{O}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$=1，濃度商Qc＜K，反應(yīng)向正反應(yīng)進(jìn)行，則n（CO₂）•n（H₂）＜n（CO）•n（H₂O）；
（2）在1L密閉容器中通入10mol CO和10mol水蒸氣，在500℃下經(jīng)過(guò)30s達(dá)到平衡，設(shè)平衡時(shí)消耗的CO為xmol，則：
            CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）
起始量（mol）：10      10       0       0
變化量（mol）：x       x        x       x
平衡量（mol）：10-x    10-x     x       x
根據(jù)平衡常數(shù)列方程計(jì)算x，再根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算v（CO）
（3）C（s）+CO₂（g）?2CO（g）平衡常數(shù)K=$\frac{{c}^{2}（CO）}{c（C{O}_{2}）}$；
C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）平衡常數(shù)K₁=$\frac{c（CO）×c（{H}_{2}）}{c（{H}_{2}O）}$，
CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）平衡常數(shù)K₂=$\frac{c（{H}_{2}）×c（C{O}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$，
（4）可逆反應(yīng)到達(dá)平衡時(shí)，同種物質(zhì)的正逆速率相等，各組分的濃度、含量保持不變，由此衍生的其它一些量不變，判斷平衡的物理量應(yīng)隨反應(yīng)進(jìn)行發(fā)生變化，該物理量由變化到不再變化說(shuō)明到達(dá)平衡；
（5）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，甲、乙兩容器內(nèi)起始?jí)簭?qiáng)相等，甲容器為恒溫恒容，平衡時(shí)壓強(qiáng)增大，而乙為恒溫恒壓，故乙中反應(yīng)速率較慢，到達(dá)平衡時(shí)間較長(zhǎng)，乙中平衡相等為在甲中平衡基礎(chǔ)上降低壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，故平衡時(shí)乙中CO₂的轉(zhuǎn)化率．

解答 解：（1）800℃時(shí)平衡常數(shù)K=$\frac{c（{H}_{2}）×c（C{O}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$=1，濃度商Qc＜K，反應(yīng)向正反應(yīng)進(jìn)行，則n（CO₂）•n（H₂）＜n（CO）•n（H₂O），
A．3×2＞1×5，反應(yīng)向著逆向移動(dòng)，故A錯(cuò)誤；
B．1×1＜2×2，反應(yīng)向著正向移動(dòng)，故B正確；
C．0×0＜3×3，反應(yīng)向著正向移動(dòng)，故C正確；
D．2×0.5=1×1，達(dá)到平衡狀態(tài)，故D錯(cuò)誤；
E．1×2＜1×3，平衡向著正向移動(dòng)，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(guò)30s達(dá)到平衡，設(shè)平衡時(shí)消耗的CO為xmol，則：
           CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）
起始量（mol）：10     10       0      0
變化量（mol）：x      x        x      x
平衡量（mol）：10-x   10-x     x      x
則$\frac{x×x}{（10-x）×（10-x）}$=9，解得x=7.5，則v（CO）=$\frac{\frac{7.5mol}{1L}}{30s}$=0.25mol•L^-1•s^-1，
故答案為：0.25mol•L^-1•s^-1；
（3）C（s）+CO₂（g）?2CO（g）平衡常數(shù)K=$\frac{{c}^{2}（CO）}{c（C{O}_{2}）}$；
C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）平衡常數(shù)K₁=$\frac{c（CO）×c（{H}_{2}）}{c（{H}_{2}O）}$，
CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）平衡常數(shù)K₂=$\frac{c（{H}_{2}）×c（C{O}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$，
故K=$\frac{{c}^{2}（CO）}{c（C{O}_{2}）}$=$\frac{c（CO）×c（{H}_{2}）}{c（{H}_{2}O）}$÷$\frac{c（{H}_{2}）×c（C{O}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$=$\frac{{K}_{1}}{{K}_{2}}$，
故答案為：$\frac{{c}^{2}（CO）}{c（C{O}_{2}）}$；$\frac{{K}_{1}}{{K}_{2}}$；
（4）A．平衡時(shí)CO₂、CO的濃度關(guān)系與轉(zhuǎn)化率有關(guān)，平衡時(shí)不一定相等，不能證明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故A錯(cuò)誤；
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(dòng)，K不變不能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡，故B錯(cuò)誤；
C．反應(yīng)前后氣體體積變化，隨反應(yīng)進(jìn)行壓強(qiáng)發(fā)生變化，當(dāng)容器中的壓強(qiáng)不變時(shí)，說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡，故C正確；
D．v_正（CO）=2v_正（CO₂） 均表示正反應(yīng)速率，速率之比等于化學(xué)方程式系數(shù)之比，反應(yīng)始終按該比例關(guān)系進(jìn)行，故D錯(cuò)誤；
E．c（CO）保持不變，說(shuō)明反應(yīng)得到平衡，故E正確；
F．隨反應(yīng)進(jìn)行CO₂、CO的物質(zhì)的量之比減小，平均相對(duì)分子質(zhì)量減小，混合氣體相對(duì)分子質(zhì)量不變，說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡，故F正確；
故選：CEF；
（5）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，甲、乙兩容器內(nèi)起始?jí)簭?qiáng)相等，甲容器為恒溫恒容，平衡時(shí)壓強(qiáng)增大，而乙為恒溫恒壓，故乙中反應(yīng)速率較慢，到達(dá)平衡時(shí)間較長(zhǎng)，乙中平衡相等為在甲中平衡基礎(chǔ)上降低壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，故平衡時(shí)乙中CO₂的轉(zhuǎn)化率，則乙中CO₂的轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間變化的圖象為
；
故答案為：．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算與影響因素、平衡常數(shù)及其應(yīng)用、平衡狀態(tài)判斷等，理解掌握化學(xué)平衡常數(shù)的用途：1、判斷反應(yīng)進(jìn)行的程度，2、判斷反應(yīng)的熱效應(yīng)，3、判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向，4、計(jì)算轉(zhuǎn)化率等．