Question

【题目】美国Bay等工厂使用石油热裂解的副产物甲烷来制取氢气，其生产流程如图所示：

(1)此流程的第Ⅱ步反应为：CO(g)＋H2O(g) H2(g)＋CO2(g)，该反应的化学平衡常数表达式为K＝____________；反应的平衡常数随温度的变化如下表所示。

温度/℃	400	500	830	1 000
平衡常数K	10	9	1	0.6

从上表可以推断：此反应是__________(填“吸”或“放”)热反应。

在830 ℃下，若开始时向恒容密闭容器中充入CO与H2O均为1 mol，则达到平衡后CO的转化率为________。

(2)此流程的第Ⅱ步反应CO(g)＋H2O(g) H2(g)＋CO2(g)，在830 ℃时，以下表的物质的量(单位为mol)投入恒容反应器发生上述反应，其中反应开始时，向正反应方向进行的有________(填实验编号)。

实验编号	n(CO)	n(H2O)	n(H2)	n(CO2)
A	1	5	2	3
B	2	2	1	1
C	0.5	2	1	1

(3)在一个不传热的固定容积的容器中，判断此流程的第Ⅱ步反应达到平衡的标志是________(填序号)。

①体系的压强不再发生变化　②混合气体的密度不变　③混合气体的平均相对分子质量不变　④各组分的物质的量浓度不再改变　⑤体系的温度不再发生变化　⑥v(CO2正)＝v(H2O逆)

(4)下图表示此流程的第Ⅱ步反应在t1时刻达到平衡，在t2时刻分别因改变某个条件而发生变化的情况：图中t2时刻发生改变的条件可能是________________________(写出两种)。

Answer 1

【答案】c(H2).c(CO2)/[c(CO)c(H2)] 放 50% B ①④⑤⑥ 降低温度或增加水蒸气的量或减少氢气的量

【解析】

（1）K为生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比，由表格中的数据可知，温度越大，K越小，则正反应为放热反应，利用830℃下K计算CO的转化率；

（2）利用Q与K的关系可知，Q＜K时反应向正反应反应移动；

（3）利用平衡的特征“定”、“等”及由此衍生的物理量来分析；

（4）t2时二氧化碳的浓度增大，而CO的浓度减小，该反应正向移动，以此分析。

（1）K为生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比，则K=c(H2).c(CO2)/[c(CO).c(H2)]，由表格中的数据可知，温度越高，K越小，则正反应为放热反应，830℃时，

CO（g）+H2O（g）H2（g）+CO2（g），

开始(mol) 1 1 0 0

转化(mol) x x x x

平衡(mol) 1-x 1-x x x

K=x×x/（1-x）×（1-x）=1，解得x=0.5，则CO的转化率为0.5/1×100%=50%，

故答案为：c(H2)c(CO2)/[c(CO)c(H2)]；放；50%。

（2）A.Q=2×3/1×5=1.2＞K=1，则向逆反应方向移动，故A不选；

B.Q=1×1/2×2=0.25＜K=1，则反应向正反应反应移动，故B选；

C.Q=1×1/0.5×2==K，平衡不移动，故C不选；

故答案为：B。

（3）①该反应在不传热的容器中进行，反应过程中容器内的温度会发生变化，温度变化必然引起压强的变化，则体系的压强不再发生变化时，说明反应达到平衡，故①选；

②固定容积，质量、体积始终不变，则混合气体的密度不变，不能判断平衡，故②不选；

③混合气体的总质量、总物质的量始终不变，则混合气体的平均相对分子质量不变，不能判断平衡，故③不选；

④各组分的物质的量浓度不再改变，为平衡的特征，能判断平衡，故④选；

⑤体系的温度不再发生变化，说明正反应速率等于逆反应速率，反应达到平衡，故⑤选；

⑥v正（CO2）=v逆（H2O），则水的正、逆反应速率相等，达到平衡，故⑥选。

故答案为：①④⑤⑥。

（4）t2时二氧化碳的浓度增大，而CO的浓度减小，该反应正向移动，则改变的条件为降低温度或增加水蒸汽的量或减少氢气的量，

故答案为：降低温度或增加水蒸汽的量或减少氢气的量。