题目内容

煤化工中常需研究不同温度下平衡常数、投料比及热值等问题.
已知:CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g)的平衡常数随温度的变化如表:
温度/℃ 400 500 800
平衡常数Kc 9.94 9 1
试回答下列问题:
(1)上述正向反应是:
放热
放热
 反应(选填:放热、吸热).
(2)在800℃发生上述反应,以下表中的物质的量投入恒容反应器,其中向正反应方向移动的有
BCE
BCE
(选填A、B、C、D、E).
A B C D E
n(CO2 3 1 0 1 1
n(H2 2 1 0 1 2
n(CO) 1 2 3 0.5 3
n(H2O) 5 2 3 2 1
(3)已知在一定温度下:C(s)+CO2(g) 2CO(g)平衡常数K;
C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g)  平衡常数K1
CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g) 平衡常数K2
则K、K1、K2之间的关系是:
K=
K1
K2
K=
K1
K2

(4)若在500℃时进行,若CO、H2O的起始浓度均为0.020mol/L,在该条件下,CO的最大转化率为:
75%
75%

(5)若在800℃进行,设起始时CO和H2O(g)共为5mol,水蒸气的体积分数为x;平衡时CO转化率为y,则y随x变化的函数关系式为:y=
x
x

(6)在VL密闭容器中通入10molCO和10mol水蒸气,在T℃达到平衡,然后急速除去水蒸气(除水蒸气时各物质的物质的量不变),将混合气体燃烧,测得放出的热量为2842kJ(已知CO燃烧热为283kJ/mol,H2燃烧热为286kJ/mol),则T℃平衡常数K=
4
9
4
9
分析:(1)由表可知,温度越高,平衡常数越小,反应进行程度越小,平衡向逆反应移动,升高温度平衡向吸热方向移动;
(2)反应在同一容器内进行,体积相同,方程式中各物质的化学计量数都是1,所以在计算中均可用物质的量数值代替浓度数值,求出此时的浓度商Qc,平衡向正反应方向移动,浓度商小于平衡常数;
(3)根据化学平衡常数解答;
(4)到达平衡时转化率最大,令平衡时CO的浓度变化量为cmol/L,根据三段式法用c表示出平衡时各组分个浓度,再利用平衡常数列方程,求出c,再利用转化率定义计算;
(5)起始时水的物质的量为5xmol,转化的CO的物质的量为 5(1-x)ymol,利用三段式法求出平衡时各组分的物质的量,代入800℃平衡常数,据此解答;
(6)CO、H2的物质的量共为10mol,根据燃烧放出的热量求出CO、H2各自的物质的量,利用三段式法求出平衡时各组分的物质的量,代入平衡常数计算.
解答:解:(1)由表可知,温度越高,平衡常数越小,反应进行程度越小,平衡向逆反应移动,升高温度平衡向吸热方向移动,故正反应为放热反应,故答案为:放热;
(2)反应在同一容器内进行,体积相同,方程式中各物质的化学计量数都是1,所以在计算中均可用物质的量数值代替浓度数值,800℃时反应平衡常数为1.
A、k=
c(H2)c(CO2)
c(CO)c(H2O)
=
2×3
1×5
=
6
5
,大于1,反应向逆反应进行,故A错误;
B、k=
c(H2)c(CO2)
c(CO)c(H2O)
=
1×1
2×2
=
1
4
,小于1,反应向正反应进行,故B正确;
C、开始只有CO、H2,反应向正反应进行,故C正确;
D、k=
c(H2)c(CO2)
c(CO)c(H2O)
=
1×1
0.5×2
=1,处于平衡状态,故D错误;
E、k=
c(H2)c(CO2)
c(CO)c(H2O)
=
2×1
3×1
=
2
3
,小于1,反应向正反应进行,故E正确;
故选:BCE;
(3)反应①C(s)+CO2(g) 2CO(g)平衡常数K=
[c(CO)]2
c(CO2)

反应②C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g)平衡常数K1=
c(H2)c(CO)
c(H2O)

反应③CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g) 平衡常数K2=k=
c(H2)c(CO2)
c(CO)c(H2O)

反应②-反应③得反应①,所以K=
K1
K2

故答案为:K=
K1
K2

(4)令CO的浓度变化量为c,三段式法用c表示出平衡时各组分个浓度,
                CO(g) H2O(g) H2(g) CO2(g),
起始(mol/L):0.02          0.020              0               0
转化(mol/L):c                c               c               c
平衡(mol/L):0.02-c        0.02-c             c               c
代入500℃时反应平衡常数有k=
c(H2)c(CO2)
c(CO)c(H2O)
=
c×c
(0.02-c)×(0.02-c)
=9,解得c=0.015,
CO的最大所以转化率为
0.015mol/L
0.02mol/L
×100%=75%,
故答案为:75%;
(5)因800℃时反应平衡常数为1.
       CO(g)   H2O(g)    H2(g)  CO2(g),
起始:5(1-x)          5x                  0                  0
转化:5(1-x)y         5(1-x)y         5(1-x)y      5(1-x)y
平衡:5(1-x)(1-y)   5(x-y+xy)       5(1-x)y      5(1-x)y
所以平衡常数k=
c(H2)c(CO2)
c(CO)c(H2O)
=
5(1-x)y×5(1-x)y
5(1-x)(1-y)×5(x-y+xy)
=1,解得y=x,
故答案为:y=x;
(6)由方程式CO(g)+H2O(g)=H2(g)+CO2(g)可知,有1molCO反应则生成1molH2,开始通入10molCO,所以平衡时,CO、H2的物质的量共为10mol.则平均燃烧热为
2842kJ
10mol
=284.2kJ/mol,
利用十字交叉法计算CO、H2的物质的量之比,

即CO、H2的物质的量之比为1.8kJ/mol:1.2kJ/mol=3:2,
所以n(CO)=10mol×
3
5
=6mol,n(H2)=10mol-6mol=4mol.
利用三段式法求出平衡时各组分的物质的量,
       CO(g)+H2O(g)=H2(g)+CO2(g),
起始:10mol  10mol      0        0   
转化:4mol   4 mol     4mol     4mol
平衡:6mol   6mol      4mol     4mol
所以常数平衡常数为Kk=
c(H2)c(CO2)
c(CO)c(H2O)
=
4×4
6×6
=
4
9

故答案为:
4
9
点评:本题主要考查平衡常数及其计算,难度较大,注意(1)平衡常数书写,(2)平衡常数只受温度影响,同一反应温度不变,平衡常数不变.
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(3)如图所示,反应时间为40min、温度超过80℃时,乙酸乙酯产率下降的原因可能是
 
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Ⅱ.煤化工中常需研究不同温度下平衡常数、投料比及热值等问题.
已知:CO(g)+H2O(g)??H2(g)+CO2(g)平衡常数随温度的变化如下表:
温度/℃ 400 500 800
平衡常数K 9.94 9 1
试回答下列问题:
(1)在800℃发生上述反应,以表中的物质的量投入恒容反应器,其中向正反应方向移动的有
 
(选填“A、B、C、D、E”).
n(CO) n(H2O) n(H2 n(CO2
A 1 5 2 3
B 2 2 1 1
C 3 3 0 0
D 0.5 2 1 1
E 3 1 2 1
(2)已知在一定温度下,C(s)+CO2(g)??2CO(g)平衡常数为K;
C(s)+H2O(g)??CO(g)+H2(g) 平衡常数为K1
CO(g)+H2O(g)??H2(g)+CO2(g) 平衡常数为K2
则K、K1、K2之间的关系是
 

(3)在V L密闭容器中通入10mol CO和10mol水蒸气,在T℃达到平衡,然后急速通过碱石灰,将所得混合气体燃烧,测得放出的热量为2 842kJ(已知CO燃烧热为283kJ?mol-1,H2燃烧热为286kJ?mol-1),则T℃平衡常数K=
 

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