Question

【题目】已知：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)　ΔH＝Q，其平衡常数随温度变化如下表所示：

温度/℃	400	500	850
平衡常数	9.94	9	1

请回答下列问题：

(1)上述反应的化学平衡常数表达式为________，该反应的Q________0(填“>”或“<”)。

(2)850 ℃时在体积为10 L反应器中，通入一定量的CO和H2O(g)，发生上述反应，CO和H2O(g)浓度变化如图所示，则0～4 min时平均反应速率v(CO)＝________。

(3)若在500 ℃时进行，且CO、H2O(g)的起始浓度均为0.020 mol·L－1，该条件下，CO的最大转化率为________。

(4)若在850 ℃时进行，设起始时CO和H2O(g)共为1 mol，其中水蒸气的体积分数为x，平衡时CO的转化率为y，试推导y随x变化的函数关系式为________。

(5)有人提出可以设计反应2CO=2C＋O2(ΔH>0)来消除CO的污染。请判断上述反应能否自发进行：____ (填“可能”或“不可能”)，理由是____________________________________。

Answer 1

【答案】)K=[c(CO2)c(H2)]/c(CO)c(H2O)<0.03 mol·L－1·min－175%y＝x不能ΔH>0且ΔS<0，不能自发进行

【解析】

（1）由平衡常数的定义，平衡常数等于生成物的浓度幂之积除以反应物的浓度幂之积，根据表中平衡常数随温度的变化进行判断；

（2）由图象得出，CO的浓度变化及v=△c/△t计算0～4min时平均反应速率v（CO）；

（3）根据三段式法用c表示出平衡时各组分个浓度，再利用平衡常数列方程，求出c，再利用转化率定义计算；

（4）起始时水的物质的量为xmol，转化的CO的物质的量为（1-x）ymol，利用三段式法求出平衡时各组分的物质的量，代入850℃平衡常数，结合转化率计算。

（5）根据吉布斯自由能的大小判断反应能否进行。

（1）根据 CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)　ΔH＝Q，平衡常数等于生成物的浓度幂之积除以反应物的浓度幂之积，故K=c(CO2)c(H2)/c(CO)c(H2O)，又依据图表数据分析，升高温度，平衡常数减小，平衡逆向移动，故正反应为放热反应，△H＜0；

（2）由图象得出，CO的浓度变化及v=△c/△t，v（CO）=（0.20mol·L－1-0.08mol·L－1）/4min=0.03 mol·L－1·min－1；

（3）列出三段式，设CO的浓度变化量为c，则

CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)，

起始（mol·L－1）：0.02 0.02 0 0

转化（mol·L－1）：c c c c

平衡（mol·L－1）：0.02-c 0.02-c c c

500℃时反应平衡常数有K= =9，解得c=0.015，CO转化率为：0.015/0.02×100%=75%。

（4）因850℃时反应平衡常数为1．起始时水的物质的量为xmol，CO的物质的量为 （1-x）mol，则

CO（g）+H2O（g）H2（g）+CO2（g），

起始（mol·L－1）：（1-x） x 0 0

转化（mol·L－1）：（1-x）y （1-x）y （1-x）y （1-x）y

平衡（mol·L－1）：（1-x）（1-y） （x-y+xy）（1-x）y （1-x）y

平衡常数k=，解得y=x。

（5）反应2CO=2C+O2（△H＞0），则△G=△H-T·△S＞0，反应△H＞0吸热且△S＜0，依据吉布斯自由能判断任何情况下不能自发进行。