Question

1．已知一氧化碳与水蒸气的反应为：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
①T℃时，在一定体积的容器中，通入一定量的CO（g）和H₂O（g），发生反应并保持温度不变，各物质浓度随时间变化如下表：T℃时物质的浓度（mol/L）变化

时间/min	CO	H2O（g）	CO2	H2
0	0.200	0.300	0	0
2	0.138	0.238	0.062	0.062
3	0.100	0.200	0.100	0.100
4	0.100	0.200	0.100	0.100
5	0.116	0.216	0.084	C1
6	0.096	0.266	0.104	C2

第5、6min时的数据是保持温度和体积不变时，改变某一条件后测得的．第4～5min之间，改变的条件是增大氢气的浓度，C₂＞0.104 （填“＞”、“=”、“＜”）．T℃时该化学反应的平衡常数是0.5．
②已知420℃时，该化学反应的平衡常数为9．如果反应开始时，CO和H₂O（g）的浓度都是0.01mol/L，则CO在此条件下的转化率为 是多少？（请写出计算过程，无过程结果不给分）
③397℃时该反应的平衡常数为12，请判断该反应的△H＜0  （填“＞”、“=”、“＜”）．

Answer 1

分析 ①反应中△c（CO）=△c（H₂O）=△c（CO₂）=△c（H₂），由表中数据可知，5min时与开始相比CO、H₂O、CO₂的浓度变化之比为1：1：1，且CO、H₂O浓度增大，CO₂浓度减小，平衡向逆反应移动，故第4～5min之间，可能增大氢气的浓度；
6min内CO₂浓度增大0.104mol/L，由于反应得到氢气浓度为0.104mol/L，4min增大氢气浓度不能完全转化；
3min时已经处于平衡状态，根据K=$\frac{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$计算平衡常数；
②420℃时，该化学反应的平衡常数为9，如果反应开始时，CO和H₂O（g）的浓度都是0.01mol/L，设平衡时变化的CO浓度为xmol/L，表示出平衡时各组分浓度，再根据平衡常数列方程计算解答；
③420℃时，该化学反应的平衡常数为9，又知397℃时该反应的平衡常数为12，升高温度平衡常数减小，则平衡逆向移动，正反应为放热反应．

解答 解：①反应中△c（CO）=△c（H₂O）=△c（CO₂）=△c（H₂），由表中数据可知，5min时与开始相比CO、H₂O、CO₂的浓度变化之比为1：1：1，且CO、H₂O浓度增大，CO₂浓度减小，平衡向逆反应移动，故第4～5min之间，可能是增大氢气的浓度；
6min内CO₂浓度增大0.104mol/L，由于反应得到氢气浓度为0.104mol/L，4min增大氢气浓度不能完全转化，则C₂＞0.104mol/L；
3min时已经处于平衡状态，平衡常数K=$\frac{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$=$\frac{0.1×0.1}{0.1×0.2}$=0.5，
故答案为：增大氢气的浓度；＞；0.5；
②420℃时，该化学反应的平衡常数为9，如果反应开始时，CO和H₂O（g）的浓度都是0.01mol/L，设平衡时变化的CO浓度为xmol/L，则：
                 CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始浓度（mol/L）：0.01   0.01      0       0
变化浓度（mol/L）：x       x        x       x
平衡浓度（mol/L）：0.01-x 0.01-x    x       x
所以$\frac{x×x}{（0.01-x）×（0.01-x）}$=9，解得x=0.0075，则CO的转化率为$\frac{0.0075mol}{0.01mol}$×100%=75%，
答：CO的转化率为75%；
③420℃时，该化学反应的平衡常数为9，又知397℃时该反应的平衡常数为12，升高温度平衡常数减小，则平衡逆向移动，正反应为放热反应，则△H＜0，
故答案为：＜．

点评 本题考查化学平衡计算与影响因素，是对学生总综合能力的考查，关键是根据浓度变化分析可能改变的条件，较好的考查学生随数据的分析处理能力，难度中等．