题目内容

1.在一定体积的密闭容器中,发生如下反应:CO2(g)+H2(g)?CO(g)+H2O(g),其化学平衡常数K和温度T的关系如下表:
T(℃)70080083010001200
K0.60.91.01.72.6
Ⅰ.该反应的平衡常数表达式为:K=$\frac{c(CO)×c({H}_{2}O)}{c(C{O}_{2})×c({H}_{2})}$.
Ⅱ.该反应为吸热(填“吸热”或“放热”)反应.
Ⅲ.某温度下,反应体系中各物质的平衡浓度符合下式:3c(CO2)•c(H2)=5c(CO)•c(H2O),试判断此时的反应温度为700℃.
Ⅳ.830℃时,向该容器中加入1molCO2与1molH2开始反应,达到平衡时,混合气体中CO2的体积分数是25%.
Ⅴ.保持温度不变,若往IV的平衡体系中再通入2molCO2与2molH2,则再达新平衡时,H2的转化率为50%.

分析 I.平衡常数等于生成物平衡浓度化学计量数幂之积与反应物平衡浓度化学计量数幂之积的比;
Ⅱ.由表中数据可知,随温度升高平衡常数增大,说明升高温度平衡向正反应方向移动;
Ⅲ.根据等式确定平衡常数,进而确定反应温度;
Ⅳ.设平衡时转化的二氧化碳为xmol,表示出平衡时各组分物质的量,反应前后气体物质的量不变,用物质的量代替浓度代入平衡常数列方程计算解答;
Ⅴ.保持温度不变,若往IV的平衡体系中再通入2molCO2与2molH2,等效为在Ⅳ平衡的基础上增大压强,反应前后气体体积不变,平衡不移动,氢气的转化率与Ⅳ中相同,结合Ⅳ中数据计算.

解答 解:I.CO2(g)+H2(g)?CO(g)+H2O(g)的平衡常数表达式K=$\frac{c(CO)×c({H}_{2}O)}{c(C{O}_{2})×c({H}_{2})}$,故答案为:$\frac{c(CO)×c({H}_{2}O)}{c(C{O}_{2})×c({H}_{2})}$;
Ⅱ.由表中数据可知,随温度升高平衡常数增大,说明升高温度平衡向正反应方向移动,而升高温度平衡向吸热反应移动,故正反应为吸热反应,
故答案为:吸热;
Ⅲ.由3c(CO2)•c(H2)=5c(CO)•c(H2O),可得K=$\frac{c(CO)×c({H}_{2}O)}{c(C{O}_{2})×c({H}_{2})}$=0.6,故反应温度为700℃,故答案为:700;
Ⅳ.设平衡时转化的二氧化碳为xmol,则:
           CO2(g)+H2(g)?CO(g)+H2O(g)
起始量(mol):1      1        0      0
变化量(mol):x      x        x      x
平衡量(mol):1-x    1-x      x      x
反应前后气体物质的量不变,可以用物质的量代替浓度计算平衡常数,则$\frac{x×x}{(1-x)×(1-x)}$=1,解得x=0.5,故平衡时二氧化碳的体积分数为$\frac{0.5mol}{2mol}$×100%=25%,
故答案为:25%;
Ⅴ.保持温度不变,若往IV的平衡体系中再通入2molCO2与2molH2,等效为在Ⅳ平衡的基础上增大压强,反应前后气体体积不变,平衡不移动,氢气的转化率与Ⅳ中相同,即氢气转化率为$\frac{0.5mol}{1mol}$×100%=50%,
故答案为:50%.

点评 本题考查化学平衡计算、平衡常数及其应用等,难度不大,注意对平衡常数的理解与灵活应用.

练习册系列答案
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6.化学链燃烧是一种新型燃烧技术,该技术是由载氧体、燃料反应器和空气反应器组成.现用载氧体CaSO4代替O2与燃料CO反应,既可提高燃烧效率,又能得到高纯CO2,其原理示意图(图1)如下:

燃料反应器中涉及反应如下(反应①为主反应,反应②和③为副反应):
①$\frac{1}{4}$CaSO4(s)+CO(g)═$\frac{1}{4}$CaS(s)+CO2(g)△H1=-47.3kJ?mol-1
②CaSO4(s)+CO(g)═CaO(s)+CO2(g)+SO2(g)△H2=+210.5kJ?mol-1
③2CO(g)═C(s)+CO2(g)△H3=-172.4kJ?mol-1
空气反应器中涉及反应④:CaS(s)+2O2(g)?CaSO4(s)△H4
请回答下列问题:
(1)反应②在高温下能自发进行的理由是反应②的△S>0,△H>0,而△G=△H-T△S<0反应自发进行,故高温下能自发进行.
(2)已知CO的标准燃烧热为-285.8kJ?mol-1,则△H4=-954kJ?mol-1
(3)图2为燃料反应器中涉及反应的平衡常数的对数lgK随反应温度T的变化曲线;图3为不同温度下CO初始体积百分数与平衡时固体产物中CaS质量百分数的关系曲线

①降低燃料反应器中SO2生成量的措施有B;
A.CaSO4投入燃料反应器前加以粉碎      B.在合适的温度区间内控制较低的反应温度
C.提高CO的初始体积百分数            D.提高反应体系的温度
②当lgK<0时,说明相应温度下某反应的程度小,此温度下可以忽略该反应.则燃料反应器中宜控制的温度范围是650℃~900℃;
③向盛有CaSO4的真空恒容密闭容器中充入CO,反应 ①、②于900℃达到平衡,则SO2的平衡浓度为0.01mol•L-1
(4)如果用甲烷燃料替代CO,则燃料反应器中主反应的化学方程式为CaSO4(s)+CH4(g)═2CaS(s)+CO2(g)+2H2O(g).

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