Question

15．现有反应：CO（g）+H₂O（g）?CO₂ （g）+H₂（g）△H＜0，在850℃时，平衡常数K=1，现在850℃下，向2L的密闭容器中充入CO、H₂O（g）各4mol，回答下列问题：
（1）当CO转化率为25%时，该反应是否达平衡，向哪个方向进行？
（2）达平衡时，CO转化率为多少？
（3）H₂的体积分数为多少？
（4）若温度仍为850℃，初始时CO浓度为2mol/L，H₂O（g）为6mol/L，则平衡时CO转化率为多少？

Answer 1

分析 （1）当CO转化率为25%时，消耗的CO为4mol×25%=1mol，则：
                    CO（g）+H₂O（g）?CO₂ （g）+H₂（g）
       起始量（mol）：4      4          0      0
       变化量（mol）：1      1          1      1
CO转化率25%时（mol）：3      3           1     1
由于反应气体气体的体积不变，用物质的量代替浓度计算浓度商Qc，若Qc=K，处于平衡状态，若Qc＞K．反应向逆反应进行，若Qc＜K，反应向正反应进行；
（2）设平衡时转化的CO为xmol，则：
             CO（g）+H₂O（g）?CO₂ （g）+H₂（g）
起始量（mol）：4      4         0        0
变化量（mol）：x      x         x        x
平衡量（mol）：4-x    4-x       x        x
根据平衡常数列方程计算x，进而计算CO转化率；
（3）根据（2）中平衡时各组分物质的量计算氢气体积分数；
（4）若温度仍为850℃，初始时CO浓度为2mol/L，H₂O（g）为6mol/L，设平衡时CO浓度变化量为ymol/L，表示出平衡时各组分的浓度，再根据平衡常数列方程计算解答．

解答 解：（1）当CO转化率为25%时，消耗的CO为4mol×25%=1mol，则：
                   CO（g）+H₂O（g）?CO₂ （g）+H₂（g）
       起始量（mol）：4     4         0       0
       变化量（mol）：1     1         1       1
CO转化率25%时（mol）：3     3         1       1
由于反应气体气体的体积不变，可以用物质的量代替浓度计算浓度商Qc，故Qc=$\frac{1×1}{3×3}$=$\frac{1}{9}$＜K=1，未达平衡，反应向正反应进行，
答：未达平衡，反应向正反应进行；
（2）设平衡时转化的CO为xmol，则：
             CO（g）+H₂O（g）?CO₂ （g）+H₂（g）
起始量（mol）：4      4         0       0
变化量（mol）：x      x         x       x
平衡量（mol）：4-x    4-x       x       x
则$\frac{x×x}{（4-x）×（4-x）}$=1，解得x=2，故CO转化率为$\frac{2mol}{4mol}$×100%=50%，
答：CO的转化率为50%；
（3）平衡时氢气体积分数为$\frac{2mol}{8mol}$×100%=25%，
答：平衡时氢气体积分数为25%；
（4）若温度仍为850℃，初始时CO浓度为2mol/L，H₂O（g）为6mol/L，设平衡时CO浓度变化量为ymol/L，则：
              CO（g）+H₂O（g）?CO₂ （g）+H₂（g）
起始量（mol/L）：2     6         0       0
变化量（mol/L）：y     y         y        y
平衡量（mol/L）：2-6   6-y       y        y
则$\frac{y×y}{（2-y）×（6-y）}$=1，解得y=1.5，故CO转化率为$\frac{1.5mol/L}{2mol/L}$×100%=75%，
答：CO的转化率为75%．

点评 本题考查化学平衡计算，涉及根据平衡常数进行有关计算，注意掌握平衡常数的应用，侧重考查学生对基础知识的巩固．