题目内容
【题目】水煤气 (主要成分CO、H2 ) 是重要燃料和化工原料,可用水蒸气通过炽热的炭层制得:C (s) + H2O(g)CO (g) +H2 (g);△H =+131.3kJmol-1
(1)某温度下,四个容器中均进行着上述反应,各容器中炭足量,其它物质的物质的量浓度及正逆反应速率关系如下表所示。请填写表中相应的空格。
容器编号 | c(H2O)/mol·L-1 | c(CO)/mol·L-1 | c(H2)/mol·L-1 | V正、V逆比较 |
I | 0.06 | 0.60 | 0.10 | V正=V逆 |
II | 0.06 | 0.50 | 0.40 | (_________) |
III | 0.12 | 0.40 | 0.80 | V正<V逆 |
IV | 0.12 | 0.30 | _________ | V正=V逆 |
(2)另有一个容积可变的密闭容器。恒温恒压下,向其中加入1.0mol炭和 1.0mo l水蒸气 (H216O),发生上述反应,达到平衡时,容器的体积变为原来的1.25 倍。平衡时水蒸气的转化率为___________;向该容器中补充 a mol 炭,水蒸气的转化率将____________(填 “增大”、“减小”、“不变”),再补充 a mol 水蒸气 (H218O), 最终容器中C16O和C18O 的物质的量之比为_____________。
【答案】V正< V逆 0.40 25% 不变 1:a
【解析】
(1)I处于平衡状态,根据K=计算平衡常数,再计算Ⅱ中浓度商Qc,若Qc=K,处于平衡状态,若Qc>K,反应向逆反应方向进行,若Qc<K,反应向正反应方向进行;
Ⅳ也处于平衡状态,根据平衡常数计算氢气的浓度。
(2)恒温恒压下,向其中加入1.0mol炭和 1.0mol水蒸气 (H216O),发生上述反应,达到平衡时,容器的体积变为原来的1.25 倍,平衡时混合气体总物质的量为1mol×1.25=1.25mol,由方程式可以知道消耗1mol水蒸气混合气体物质的量增大1mol,故反应的水蒸气为1.25mol-1mol=0.25mol,进而计算平衡时水蒸气的转化率;
向该容器中补充 a mol 炭,平衡不移动,水蒸气的转化率不变,再补充 a mol 水蒸气 (H218O),恒温恒压下,与原平衡为等效平衡,平衡时水蒸气转化率相同,根据水的转化率计算生成CO物质的量。
(1)Ⅰ达到平衡状态,平衡常数K==
=1,
Ⅱ中Qc==3.33>1,则反应向逆反应方向移动,即V正<V逆,
反应Ⅳ中V正=V逆,说明反应达平衡状态,则有=1,计算得出c(H2)=0.40mol/L,
因此,本题正确答案是:V正< V逆;0.40;
(2)恒温恒压下,向其中加入1.0mol炭和 1.0mo l水蒸气 (H216O),发生上述反应,达到平衡时,容器的体积变为原来的1.25 倍,平衡时混合气体总物质的量为1mol×1.25=1.25mol。由方程式可以知道,消耗1mol水蒸气,混合气体物质的量就增大1mol,故参与反应的水蒸气为1.25mol-1mol=0.25mol,平衡时水蒸气的转化率为×100%=25%;
增加固体碳,对反应速率和化学平衡都没有影响,水蒸气的转化率不变;
恒温恒压下,再补充 a mol 水蒸气 (H218O),等到建立新的平衡状态后,与原平衡等效,水的转化率相等,则新生成的C18O 的物质的量为a×25%=0.25a,原平衡时生成的C16O为0.25mol,则C16O和C18O 的物质的量之比为0.25:0.25a=1:a,
因此,本题正确答案是:25%;不变;1:a。
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