Question

【题目】工业上用净化后的水煤气在催化剂作用下,与水蒸气发生反应制取氢气,化学方程式为CO(g)+H2O(g) H2(g)+CO2(g)。一定条件下,将4 mol CO与2 mol H2O(g)充入体积为2 L的密闭容器中,体系中各物质的浓度随时间的变化如图所示:

（1）在0～4 min时段,反应速率v(H2O)为_______mol·L-1·min-1,该条件下反应的平衡常数K为______(保留两位有效数字)。

（2）该反应到4 min时,CO的转化率为________。

（3）若6 min时改变的外部条件为升温,则该反应的ΔH________0(填“>”“=”或“<”),此时反应的平衡常数________(填“增大”“减小”或“不变”)。

（4）判断该反应达到化学平衡状态的依据是________。

a.混合气体的密度不变 b.混合气体中c(CO)不变

c.v(H2O)正=v(H2)逆 d.断裂2 mol H—O键的同时生成1 mol H—H键

（5）若保持与4 min时相同的温度,向一容积可变的密闭容器中同时充入0.5 mol CO、1.5 mol H2O(g)、0.5 mol CO2和a mol H2,则当a=2.5时,上述反应向________(填“正反应”或“逆反应”)方向进行。若要使上述反应开始时向逆反应方向进行,则a的取值范围为___________________________。

Answer 1

【答案】 0.2 2.7 40% < 减小 bc 正反应 a>4.05

【解析】（1）图象分析可知4min反应达到平衡状态，物质浓度为c（CO）＝1.2mol/L，c（H2）＝0.8mol/L，c（H2O）＝0.2mol/L，则

CO(g)+H2O(g) H2(g)+CO2(g)

起始浓度（mol/L） 2 1 0 0

变化浓度（mol/L） 0.8 0.8 0.8 0.8

平衡浓度（mol/L） 1.2 0.2 0.8 0.8

在0～4min时段，反应速率v（H2O）＝0.8mol/L÷4min＝0.2mol/（Lmin），平衡常数K＝0.8×0.8/1.2×0.2＝2.7；

（2）该反应到4min时，CO的转化率＝0.8/2×100%＝40%；

（3）若6min时改变的外部条件为升温，图象可知氢气浓度减小，一氧化碳和水的浓度增大，说明平衡逆向进行，逆向为吸热反应，正反应为放热反应，则该反应的△H＜0，此时平衡逆向进行，平衡常数减小；

（4）根据上述分析可知反应是气体体积不变的放热反应，则a．反应前后气体质量和体积不变，混合气体的密度始终不变，不能说明反应达到平衡状态，a错误；b．混合气体中c（CO）不变是平衡的标志，b正确；c．v（H2O）正＝v（H2）逆，表示正逆反应速率相等，能证明反应达到平衡状态，c正确；d．断裂2molH-O键的同时生成1molH-H键，反应均是正向进行，不能说明正逆反应速率相同，d错误；答案选bc；

（5）若保持与4min时相同的温度，向一容积可变的密闭容器中同时充入0.5molCO、1.5molH2O（g）、0.5molCO2和amolH2，则当a=2.5时，浓度熵Q=2.5×0.5/0.5×1.5=1.7＜K=2.7，说明反应正向进行；若要使上述反应开始时向逆反应进行，Q=a×0.5/0.5×1.5＞2.7，则a的取值范围为a＞4.05。