Question

3．在某一容積為5L的密閉容器內，加入 0.3mol的CO和0.3mol的H₂O，在催化劑存在和800℃的條件下加熱，發(fā)生如下反應：
CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）；
反應中CO₂的濃度隨時間變化情況如圖：
（1）根據圖上數據，反應開始至達到平衡時，CO的化學反應速率為v（CO）=0.003 mol/（L•min）；該溫度下的平衡常數K=1．
（2）不能作為判斷該反應達到平衡的依據是①②④．（填序號）
①CO、H₂O、CO₂、H₂的濃度都相等            ②正、逆反應速率都為零
③CO、H₂O、CO₂、H₂的濃度都不再發(fā)生變化    ④混合氣體的密度不再發(fā)生變化
（3）如要一開始加入0.1mol的CO、0.1mol的H₂O、0.2mol的CO₂和0.2mol的H₂，在相同的條件下，反應達平衡時，c（CO）=0.03mol/L．
（4）427℃時該反應的平衡常數為9.4，請結合（1）中的計算結果回答，如果升高溫度該反應平衡向
逆反應方向移動．

Answer 1

分析 （1）先計算二氧化碳反應速率，再根據同一反應中同一時間段內各物質的反應速率之比等于其計量數之比計算v（CO）；
          CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
開始（mol/L）0.06  0.06      0       0
反應（mol/L）0.03  0.03     0.03    0.03
平衡（mol/L）0.03  0.03     0.03    0.03
該反應化學平衡常數K=$\frac{c（C{O}_{2}）．c（{H}_{2}）}{c（CO）．c（{H}_{2}O）}$；
（2）可逆反應達到平衡狀態(tài)時，正逆反應速率相等，反應體系中各物質的物質的量不變、物質的量濃度不變、百分含量不變以及由此引起的一系列物理量不變；
（3）溫度不變，化學平衡常數不變，根據化學平衡常數計算達到平衡狀態(tài)時c（CO）；
（4）升高溫度，平衡向吸熱反應方向移動．

解答 解：（1）v（CO₂）=$\frac{0.03mol/L-0}{10min}$=0.003mol/（L．min），再根據同一反應中同一時間段內各物質的反應速率之比等于其計量數之比得v（CO）v（CO₂）=0.003mol/（L．min）；
          CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
開始（mol/L）0.06  0.06      0       0
反應（mol/L）0.03  0.03     0.03    0.03
平衡（mol/L）0.03  0.03     0.03    0.03
該反應化學平衡常數K=$\frac{c（C{O}_{2}）．c（{H}_{2}）}{c（CO）．c（{H}_{2}O）}$=$\frac{0.03×0.03}{0.03×0.03}$=1，
故答案為：0.003；1；
（2）①CO、H₂O、CO₂、H₂的濃度都相等，該反應不一定達到平衡狀態(tài)，與反應初始濃度及轉化率有關，故錯誤；           
②可逆反應達到平衡狀態(tài)時，正、逆反應速率相等但不為零，故錯誤；
③CO、H₂O、CO₂、H₂的濃度都不再發(fā)生變化，正逆反應速率相等，該反應達到平衡狀態(tài)，故正確；
④反應前后混合氣體質量不變、容器體積不變，所以混合氣體的密度始終不變，不能根據密度確定平衡狀態(tài)，故錯誤；
故選 ①②④；
（3）設平衡時c（CO）為xmol/L，
          CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
開始（mol/L）0.02  0.02      0.04    0.04
反應（mol/L）0.02-x 0.02-x   0.02-x  0.02-x
平衡（mol/L）x      x        0.06-x  0.06-x
溫度不變，化學平衡常數不變，所以化學平衡常數K=$\frac{（0.06-x）．（0.06-x）}{x．x}$=1，
x=0.03，
故答案為：0.03；
（4）800℃時化學平衡常數K為1，427℃時該反應的平衡常數為9.4，說明升高溫度平衡常數減小，則正反應是放熱反應，升高溫度，平衡向吸熱反應方向移動，所以平衡向逆反應方向移動，
故答案為：逆反應．

點評 本題考查化學平衡有關計算及化學平衡狀態(tài)判斷，為高頻考點，利用三段式法分析解答是解本題關鍵，注意：化學平衡常數只與溫度有關，溫度不變，化學平衡常數不變，題目難度不大．