题目内容
【题目】已知化学反应①:Fe(s)+CO2(g)FeO(s)+CO(g),其平衡常数为K1,化学反应②:Fe(s)+H2O(g)
FeO(s)+H2(g),其平衡常数为K2,在温度973K和1173K情况下,K1、K2的值分别如下:
温度 | K1 | K2 |
973K | 1.47 | 2.38 |
1173K | 2.15 | 1.67 |
请完成下列问题:
(1)通过表格中的数值可以推断:反应①是______(填“吸热”或“放热”)反应。
(2)现有反应③:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g),请你写出该反应的平衡常数K3的表达式:K3=_______。
(3)在相同温度下,根据反应①与②可推导出K3与K1、K2之间的关系式____________,据此关系式及上表数据,也能推断出反应③是_____(填“吸热”或“放热”)反应。
(4)要使反应③在一定条件下建立的平衡向正反应方向移动,可采取的措施有______ (填写字母序号,下同).
A.增大压强 B.体积不变时充入稀有气体 C.升高温度 D.使用合适的催化剂 E.在体系中投入少量P2O5固体
(5)已知③的可逆反应CO (g) +H2O(g) CO2 (g) +H2 (g) ,830K时,若起始时:c(CO)=2mol/L,c(H2O)=3mol/L,平衡时CO的转化率为60%,水蒸气的转化率为___________;K的数值为_____________。830K,若只将起始时c(H2O)改为6mol/L,则水蒸气的转化率为_______。
【答案】吸热 K3=
吸热 CE 40% 1 25%
【解析】
(1)根据温度对平衡常数的影响分析判断;
(2)根据化学平衡常数的含义书写表达式;
(3)根据盖斯定律,反应①-反应②=反应③,推出K3,根据图表数据,结合温度对平衡常数的影响分析判断;
(4)该反应是一个反应前后气体体积不变的化学反应,要使反应③在一定条件下建立的平衡向正反应方向移动;
(5)根据三段式,求出反应混合物各组分浓度的变化量、平衡时各组分的浓度,代入平衡常数表达式计算平衡常数;再结合平衡常数计算解答。
(1)由表中数据可知,温度升高,反应①的平衡常数增大,说明平衡向正反应方向移动,则正反应为吸热反应,故答案为:吸热;
(2)CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)的化学平衡常数K=
,故答案为:
;
(3)根据盖斯定律,反应①-反应②=反应③,所以K3=,由图表可知,温度升高,K1增大,K2减小,所以K3增大,即温度升高,平衡向正反应方向移动,升高温度,平衡向吸热方向移动,反应③为吸热反应,故答案为:K3=
;吸热;
(4)反应③CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)是一个反应前后气体体积不变的吸热反应,压强、催化剂对化学平衡的移动无影响,增大反应物浓度或减小生成物的浓度、升高温度都能使平衡向正反应方向移动,P2O5固体能和水反应生成磷酸,从而减少生成物浓度,平衡向右移动,故选CE;
(5)平衡时CO的转化率为60%,则CO的浓度变化量=2mol/L×60%=1.2mol/L,则:
CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)
起始(mol/L):2 3 0 0
变化(mol/L):1.2 1.2 1.2 1.2
平衡(mol/L):0.8 1.8 1.2 1.2
故平衡常数K==1,
水蒸气的转化率==40%;
830K,若只将起始时c(H2O)改为6mol/L,设反应的水蒸气的浓度变化量为xmol/L,则:
CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)
起始(mol/L):2 6 0 0
变化(mol/L):x x x x
平衡(mol/L):2-x 6-x x x
故=1,解得y=1.5,所以水蒸气的转化率为
=25%,故答案为:40%;1;25%。
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