Question

【题目】实施以节约能源和减少废气排放为基本内容的节能减排政策，是应对全球气候问题、建设资源节约型、环境友好型社会的必然选择。化工行业的发展必须符合国家节能减排的总体要求。试运用所学知识，回答下列问题：

(1)已知某温度下某反应的化学平衡常数表达式为：K＝，它所对应的化学反应为：__________________。

(2)已知在一定温度下，

①C(s)＋CO2(g)2CO(g)　ΔH1＝a kJ/mol　平衡常数K1；

②CO(g)＋H2O(g)H2(g)＋CO2(g)　ΔH2＝b kJ/mol　平衡常数K2；

③C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)　ΔH3　平衡常数K3。

则K1、K2、K3之间的关系是________，ΔH3＝__________________(用含a、b的代数式表示)。

(3)煤化工通常通过研究不同温度下平衡常数以解决各种实际问题。已知等体积的一氧化碳和水蒸气进入反应器时，发生如下反应：CO(g)＋H2O(g)H2(g)＋CO2(g)，该反应平衡常数随温度的变化如表所示：

温度/℃	400	500	800
平衡常数K	9.94	9	1

该反应的正反应方向是______反应(填“吸热”或“放热”)，若在500 ℃时进行，设起始时CO和H2O的起始浓度均为0.020 mol/L，在该条件下，CO的平衡转化率为________。

（4）高炉炼铁产生的废气中的可进行回收，使其在一定条件下和反应制备甲醇: 。请回答下列问题;

①若在温度和容积相同的三个密闭容器中，按不同方式投入反应物，测得反应达到平衡时的有关数据如下表：

容器	反应物投入的量	反应物的转化率	的浓度	能量变化(、、均大于0)
甲	1 和2			放出热量
乙	1			放出热量
丙	2 和4			放出热量

则下列关系正确的是__________。

a. b. c. d.

e.该反应若生成1 ，则放出(热量

②若在一体积可变的密闭容器中充入1 、2和1，达到平衡时测得混合气体的密度是同温同压下起始的1.6倍，则该反应向__________(填“正”或“逆”)反应方向移动。

Answer 1

【答案】 CO(g)＋H2(g)H2O(g)＋C(s) K3＝K1·K2 (a＋b)kJ/mol 放热 75% ade 正

【解析】(1)平衡常数为生成物的浓度幂之积除以反应物的浓度幂之积，在平衡常数中，分子为生成物，分母为反应物，结合质量恒定律分析书写；

(2)根据平衡常数的表达式推断；应用盖斯定律来求△H3；

(3)平衡常数随温度的变化来判断正反应方向是吸热还是放热，可以根据三行式结合平衡常数来求转化率；

(4)①a．甲、乙是完全等效平衡，平衡时各组分的浓度相等；b．丙与甲相比，等效为在甲平衡的基础上再加入1mol CO和2mol H2，压强增大，平衡向正反应方向移动，丙中反应物的转化率大于甲；c．丙与甲相比，等效为在甲平衡的基础上再加入1mol CO和2mol H2，压强增大，平衡向正反应方向移动，转化率增大，但2α1不一定等于α3 ；d．CO的转化率为α1，则平衡时CO的物质的量为(1-α1)mol，乙中平衡时甲醇的转化率为α2，乙中平衡时CO的物质的量为α2mol，甲与乙是完全等效平衡，平衡时对应各组分的含量完全相同；e．令平衡时CO的物质的量为nmol，CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)的反应热△H=-QkJ/mol，则Q1=(1-n)Q、Q2=nQ，整理得Q=Q1+Q2。

②平衡时混合气体密度是同温同压下起始时的1.6倍，据此判断反应的方向。

(1)平衡常数为生成物的浓度幂之积除以反应物的浓度幂之积，平衡常数K=中，分子为生成物，分母为反应物，所以该反应的方程式为CO(g)+H2(g)C(s)+H2O(g)，故答案为：CO(g)+H2(g)C(s)+H2O(g)；

(2)根据化学方程式可知：K1=，K2=，K3=，所以：K3=K1×K2；由①+②可得方程式C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)，所以△H3=(a+b)kJ/mol，故答案为：K3=K1×K2；(a+b)kJ/mol；

(3)由图可知温度越高K值越小，说明正反应为放热反应，

对于反应 CO(g) + H2O(g)H2(g)+CO2(g)，

开始(mol/L)：0.02 0.02 0 0

变化(mol/L)： c c c c

平衡(mol/L)：0.02-c 0.02-c c c

所以=9，解得c=0.015，所以CO的转化率为×100%=75%，故答案为：放热；75%；

(4)①a．甲、乙是完全等效平衡，平衡时各组分的浓度相等，所以平衡时甲醇的浓度c1=c2，故a正确；b．丙与甲相比，等效为在甲平衡的基础上再加入1mol CO和2mol H2，压强增大，平衡向正反应方向移动，丙中反应物的转化率大于甲，丙中参加反应的CO大于甲中的2倍，故2Q1＜Q3，故b错误；c．丙与甲相比，等效为在甲平衡的基础上再加入1mol CO和2mol H2，压强增大，平衡向正反应方向移动，丙中反应物的转化率大于甲，但2α1不一定等于α3 ，故c错误；d．甲与乙是完全等效平衡，平衡时对应各组分的含量完全相同，CO的转化率为α1，则平衡时CO的物质的量为(1-α1)mol，乙中平衡时甲醇的转化率为α2，乙中平衡时CO的物质的量为α2mol，故(1-α1)=α2，整理得α1+α2=1，故d正确；e．令平衡时CO的物质的量为nmol，CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)的反应热△H=-QkJ/mol，则Q1=(1-n)Q、Q2=nQ，整理得Q=Q1+Q2，故1mol CH3OH，则放出(Q1+Q2)kJ热量，故e正确；故答案为：ade；

②反应前后气体总质量不变，同温、同压下，达到平衡时，平衡时混合气体密度是同温同压下起始时的1.6倍，即气体密度增大，故平衡向气体体积缩小方向即向正反应方向移动，故答案为：正。