Question

2．将1molH₂与2mol CO₂的混合气体通入容积为2L的密闭容器中，发生如下化学反应：
CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）△H=Q kJ•mol^-1
测得其化学平衡常数K和温度t的关系如下：

t℃	700	800	850
K	0.6	0.9	1.0

（1）请回答：
①上述反应中Q＞0 （选填“＞”或“＜”或“=”）．
②在恒温下，能判断该反应已达到化学平衡状态的依据是cd．
a．容器中压强不变
b．该反应的反应热△H不变
c．H₂的质量分数不再变化
d．单位时间内生成H₂O的物质的量与生成CO₂的物质的量相等
（2）850℃时，向2L的密闭容器中通入1mol CO 和 m mol H₂O，当反应达到平衡时，平衡混合物中n（H₂O）=2n（H₂），则m=2．
（3）850℃时，向2L的密闭容器中通入2mol CO 和 4mol H₂O，当反应达到平衡时，n （H₂）=$\frac{4}{3}$．
（4）850℃时，向2L的密闭容器中通入a mol CO、b mol H₂O、c mol CO₂和d molH₂．
①若要求反应达到平衡时H₂的物质的量分数与（3）的相同，则a、b、c、d之间应满足的关系是：（a+c）：（b+d）=1：2，且c=d．
②若要求反应向生成H₂的方向进行，则a、b、c、d之间应满足的关系是：ab＞cd．

Answer 1

分析 （1）①由表中数据可知，随温度升高平衡常数增大，说明升高温度平衡正向移动；
②可逆反应到达平衡时，同种物质的正逆速率相等，各组分的浓度、含量保持不变，由此衍生的其它一些量不变，判断平衡的物理量应随反应进行发生变化，该物理量由变化到不变化说明到达平衡；
（2）850℃时，向2L的密闭容器中通入1mol CO 和 m mol H₂O，当反应达到平衡时，平衡混合物中n（H₂O）=2n（H₂），则：
            CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）
起始量（mol）：0       0        1      m
变化量（mol）：x       x        x      x
平衡量（mol）：x       x        1-x    m-x
根据平衡混合物中n（H₂O）=2n（H₂），确定x、m关系，再结合K=$\frac{c（CO）×c（{H}_{2}）}{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}$=1计算；
（3）假设平衡时转化的CO为ymol，表示出平衡时各组分物质的量，结合平衡常数K=1列方程计算解答；
（4）①若要求反应达到平衡时H₂的物质的量分数与（3）的相同，为等效平衡，反应前后气体体积不变，按化学计量数转化到右边满足n（CO ）：n（H₂O）=1：2；
②若要求反应向生成H₂的方向进行，则浓度商Qc＞K=1．

解答 解：（1）①由表中数据可知，随温度升高平衡常数增大，说明升高温度平衡正向移动，正反应为吸热反应，则Q＞0，故答案为：＞；
②a．反应前后气体体积不变，恒温恒容下，容器中压强始终不变，故a错误；
b．该反应的反应热△H与反应物化学计量数有关，与是否到达平衡无关，故b错误；
c．H₂的质量分数不再变化，说明到达平衡，故c正确；
d．单位时间内生成H₂O的物质的量与生成CO₂的物质的量相等，水的生成与消耗消耗，反应到达平衡，故d正确，
故选：cd；
（2）850℃时，向2L的密闭容器中通入1mol CO 和 m mol H₂O，当反应达到平衡时，平衡混合物中n（H₂O）=2n（H₂），则：
            CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）
起始量（mol）：0        0        1      m
变化量（mol）：x        x        x      x
平衡量（mol）：x        x        1-x    m-x
平衡混合物中n（H₂O）=2n（H₂），则m-x=2x，故m=3x，由K=$\frac{c（CO）×c（{H}_{2}）}{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}$=1可得：$\frac{2x×（1-x）}{x×x}$=1，解得x=$\frac{2}{3}$，故m=2，
故答案为：2；
（3）假设平衡时转化的CO为ymol，表示出平衡时各组分物质的量，则：
           CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）
起始量（mol）：0      0        2      4
变化量（mol）：y      y        y      y
平衡量（mol）：y      y        2-y    4-y
则$\frac{（2-y）×（4-y）}{y×y}$=1，解得y=$\frac{4}{3}$，
故答案为：$\frac{4}{3}$；
（4）①若要求反应达到平衡时H₂的物质的量分数与（3）的相同，为等效平衡，反应前后气体体积不变，按化学计量数转化到右边满足n（CO ）：n（H₂O）=1：2，则（a+c）：（b+d）=1：2，且c=d，
故答案为：（a+c）：（b+d）=1：2，且c=d；
②若要求反应向生成H₂的方向进行，则浓度商Qc＞K=1，即$\frac{a×b}{c×d}$＞1，故ab＞cd，
故答案为：ab＞cd．

点评 本题考查化学平衡计算、平衡状态判断、平衡常数应用、等效平衡等，难度中等，注意理解掌握平衡常数应用、等效平衡规律．