Question

14．已知①Fe（s）+CO₂（g）?FeO（s）+CO（g）?K₁
②Fe（s）+H₂O（g）?FeO（s）+H₂（g）?K₂
③H₂（g）+CO₂（g）?H₂O（g）+CO（g）?K₃
又已知在不同的溫度下，K₁、K₂數(shù)值如表：

溫度℃	K1	K2
500	1.00	3.15
700	1.47	2.26
900	2.40	1.60

（1）若500℃時(shí)進(jìn)行反應(yīng)①，CO₂起始濃度為2mol/L，2分鐘后建立平衡，則CO₂的轉(zhuǎn)化率為50%，用CO表示反應(yīng)速率為0.5mol/（L•min）．
（2）反應(yīng)②的平衡常數(shù)表達(dá)式為K=$\frac{[H{\;}_{2}]}{[H{\;}_{2}O]}$，此反應(yīng)在恒溫恒容的密閉裝置中進(jìn)行，能充分說(shuō)明此反應(yīng)已達(dá)到平衡的標(biāo)志是AB．
A．氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不再改變     B．氣體的總質(zhì)量不再改變
C．氣體的總分子數(shù)不再改變                 D．容器內(nèi)壓強(qiáng)不隨時(shí)間變化而變化
（3）若900℃時(shí)進(jìn)行反應(yīng) ③，其平衡常數(shù)K₃為1.5（求具體數(shù)值），焓變△H＞0（填“＞”、“＜”、“=”）．若已知該反應(yīng)僅在高溫時(shí)自發(fā)進(jìn)行，則△S＞0（填“＞”、“＜”、“=”）．
（4）若500℃時(shí)進(jìn)行反應(yīng) ③，在某時(shí)刻時(shí)C（H₂）=C（CO₂）=C（H₂O）=C（CO），則此時(shí)否（填“是”、“否”）達(dá)到平衡狀態(tài)；若沒(méi)有達(dá)到平衡狀態(tài)，則此時(shí)該反應(yīng)正在向逆（填“正”、“逆”）方向進(jìn)行，理由為：濃度商=$\frac{[CO]•[H{\;}_{2}O]}{[H{\;}_{2}]•[CO{\;}_{2}]}$=1＞K₃，所以此時(shí)平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)．

Answer 1

分析 （1）利用500℃時(shí)K₁=$\frac{[CO]}{[CO{\;}_{2}]}$=1，說(shuō)明CO和二氧化碳的平衡濃度相等，再結(jié)合CO₂起始濃度為2mol/L求算平衡時(shí)CO和二氧化碳的平衡濃度，據(jù)此計(jì)算；
（2）根據(jù)平衡常數(shù)為生成物濃度的冪次方之積比上反應(yīng)物濃度的冪次方之積；可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等（同種物質(zhì)）或正逆反應(yīng)速率之比等于系數(shù)之比（不同物質(zhì)），平衡時(shí)各種物質(zhì)的物質(zhì)的量、濃度等不再發(fā)生變化，由此衍生的一些物理量不變，以此分析；
（3）K₁=$\frac{[CO]}{[CO{\;}_{2}]}$，K₂=$\frac{[H{\;}_{2}]}{[H{\;}_{2}O]}$；K₃=$\frac{[CO]•[H{\;}_{2}O]}{[H{\;}_{2}]•[CO{\;}_{2}]}$，依據(jù)反應(yīng)①②的平衡常數(shù)計(jì)算反應(yīng)③的平衡常數(shù)，據(jù)此解答；
（4）利用濃度商與平衡常數(shù)的大小關(guān)系判斷．

解答 解：（1）500℃時(shí)K₁=$\frac{[CO]}{[CO{\;}_{2}]}$=1，說(shuō)明CO和二氧化碳的平衡濃度相等，CO₂起始濃度為2mol•L^-1，所以CO和二氧化碳的平衡濃度均為1mol/L，所以CO₂的轉(zhuǎn)化率為$\frac{1mol/L}{2mol/L}$×100%=50%，v（CO）=$\frac{1mol/L}{2min}$=0.5mol/（L•min），故答案為：50%；0.5mol/（L•min）；
（2）反應(yīng)②的平衡常數(shù)表達(dá)式為K₂=$\frac{[H{\;}_{2}]}{[H{\;}_{2}O]}$；
A．氣體的物質(zhì)的量不變，隨反應(yīng)進(jìn)行，氣體的總質(zhì)量減小，則平均相對(duì)分子質(zhì)量減小，所以平均相對(duì)分子質(zhì)量不變，說(shuō)明到達(dá)平衡狀態(tài)，故A正確；
B．隨反應(yīng)進(jìn)行，氣體的總質(zhì)量減小，則氣體的總質(zhì)量不再改變，說(shuō)明到達(dá)平衡狀態(tài)，故B正確；
C．氣體的物質(zhì)的量一直不變，則氣體的總分子數(shù)不再改變不能說(shuō)明到達(dá)平衡狀態(tài)，故C錯(cuò)誤；
D．隨反應(yīng)進(jìn)行，氣體的物質(zhì)的量不變，則壓強(qiáng)不變，所以容器內(nèi)壓強(qiáng)不隨時(shí)間變化而變化，不能說(shuō)明到達(dá)平衡狀態(tài)，故D錯(cuò)誤；
故答案為：$\frac{[H{\;}_{2}]}{[H{\;}_{2}O]}$；AB；
（3）K₁=$\frac{[CO]}{[CO{\;}_{2}]}$，K₂=$\frac{[H{\;}_{2}]}{[H{\;}_{2}O]}$；K₃=$\frac{[CO]•[H{\;}_{2}O]}{[H{\;}_{2}]•[CO{\;}_{2}]}$，依據(jù)反應(yīng)①②的平衡常數(shù)計(jì)算反應(yīng)③的平衡常數(shù)，K₃=$\frac{K{\;}_{1}}{K{\;}_{2}}$=$\frac{2.4}{1.6}$=1.5；K₁隨溫度升高而增大，K₂隨溫度升高而減小，所以K₃隨溫度升高而增大，說(shuō)明正反應(yīng)吸熱，△H＞0；當(dāng)△H-T△S＜0時(shí)，反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行，僅在高溫時(shí)自發(fā)進(jìn)行，且△H＞0，則△S＞0，
故答案為：1.5；＞；＞；
（4）若500℃時(shí)進(jìn)行反應(yīng) ③，K₃=$\frac{K{\;}_{1}}{K{\;}_{2}}$=$\frac{1.00}{3.15}$=0.317，在某時(shí)刻時(shí)C（H₂）=C（CO₂）=C（H₂O）=C（CO），則濃度商=$\frac{[CO]•[H{\;}_{2}O]}{[H{\;}_{2}]•[CO{\;}_{2}]}$=1＞K₃，所以此時(shí)平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，故答案為：否；逆；濃度商=$\frac{[CO]•[H{\;}_{2}O]}{[H{\;}_{2}]•[CO{\;}_{2}]}$=1＞K₃，所以此時(shí)平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了化學(xué)平衡轉(zhuǎn)化率、反應(yīng)速率以及常數(shù)的計(jì)算、反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的條件等，題目難度中等，要求學(xué)生具有分析和解決問(wèn)題的能力．