Question

在某一容积为5 L的密闭容器内，加入 0.3 mol的CO和0.3 mol的H₂O，在催化剂存在和800℃的条件下加热，发生如下反应：CO（g）＋H₂O（g）CO₂（g）＋H₂（g）  ΔH＞0，反应中CO₂的浓度随时间变化情况如图：

（1）根据图上数据，反应开始至达到平衡时，CO的化学反应速率为v（CO）＝          mol/（L·min）^-1，该温度下的平衡常数K＝            。
（2）在体积不变的条件下，改变下列条件重新达到平衡时能使平衡常数K增大的有        （填字母）
A升高温度；B降低温度；C增大压强；D减小压强；E加入催化剂；G移出一氧化碳气体
（3）如要一开始加入0.1 mol的CO、0.1 mol的H₂O、0.2 mol的CO₂和0.2 mol的H₂，在相同的条件下，反应达平衡时，c（CO）＝                 mol/L。
（4）若保持温度和容器的体积不变，在（1）中上述平衡体系中，再充入0.3mol 的水蒸气，重新达到平衡后，CO的转化率        （填“升高”、“降低”还是“不变”），CO₂的质量分数        （填“升高”、“降低”还是“不变”）。
（5）在催化剂存在和800℃的条件下，在某一时刻测得c（CO）＝c（H₂O）＝0.09mol/L,c（CO₂）＝c（H₂）＝0.13mol/L,则此反应是否处于平衡状态        （填“是”或“否”）,若没有处于平衡状态则该反应向        移动。（填“正方向”或“逆方向”）

Answer 1

（1）0.003    1 （2）A    （3）0.003   （4）升高  降低  （5）否   逆方向

试题分析：（1）根据图像可知，反应进行到10min是达到平衡状态。此时生成的CO₂的物质的量浓度是0.03mol/L，则根据方程式可知消耗CO的浓度是0.03mol/L，因此CO的化学反应速率为v（CO）＝0.03mol/L÷10min＝0.003mol/（L·min）^-1。根据方程式可知
CO（g）＋H₂O（g）  CO₂（g）＋H₂（g）
起始浓度（mol/L）  0.06    0.06        0       0
转化浓度（mol/L）  0.03    0.03        0.03    0.03
平衡浓度（mol/L）  0.03    0.03        0.03    0.03
所以该温度下反应的平衡常数K＝＝1
（2）平衡常数只与温度有关系，与平衡移动变为直接关系，因此选项CDEG中平衡常数均是不变的。正方应是吸热反应，升高温度平衡向正反应方向移动，平衡常数增大。反之降低温度平衡常数减小，因此答案选A。
（3）              CO（g）＋H₂O（g）  CO₂（g）＋H₂（g）
起始浓度（mol/L）  0.02    0.02        0.04  0.04
转化浓度（mol/L）  x       x            x     x
平衡浓度（mol/L）0.02－x  0.02－x    0.04＋x  0.04＋x
则根据反应的平衡常数K＝＝1可知
＝1
解得x＝－0.01
所以平衡时CO的浓度是0.03mol/L
（4）若保持温度和容器的体积不变，在（1）中上述平衡体系中，再充入0.3mol 的水蒸气，水蒸气的浓度增大，平衡向正反应方向移动。所以重新达到平衡后，CO的转化率升高，根据方程式可知
CO（g）＋H₂O（g）  CO₂（g）＋H₂（g）
起始浓度（mol/L）  0.06    0.12        0       0
转化浓度（mol/L）  x       x            x       x
平衡浓度（mol/L） 0.06-x  0.12-x        x       x
则根据反应的平衡常数K＝＝1可知
＝1
解得x＝0.04
所以CO₂的质量分数＝×100%＝45.83%
而未加入之前CO₂的质量分数＝×100%＝47.83%
所以CO₂的质量分数减小
（5）在某一时刻测得c（CO）＝c（H₂O）＝0.09mol/L,c（CO₂）＝c（H₂）＝0.13mol/L,则根据平衡常数表达式K＝可知，此时＞1，所以反应没有达到平衡状态，该反应向逆反应方向移动。