Question

18．在某一容积为5L的密闭容器内，加入 0.2mol的CO和0.2mol的H₂O，在催化剂存在和800℃的条件下加热，发生如下反应：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）；△H＞0反应中CO₂的浓度随时间变化情况如下图：
（1）根据上图数据，反应开始至达到平衡时，CO₂的化学反应速率为v（CO₂）=0.03mol/（L•min）；反应达平衡时，c（H₂O）=0.01 mol/L，该温度下的平衡常数K=9．
（2）判断该反应达到平衡的依据是②④．
①正、逆反应速率都为零
②CO减少的化学反应速率和CO₂减少的化学反应速率相等
③CO、H₂O、CO₂、H₂的浓度都相等
④CO、H₂O、CO₂、H₂的浓度都不再发生变化
（3）如要一开始加入0.1mol的CO、0.1mol的H₂O、0.1mol的CO₂和0.1mol的H₂，在相同的条件下，反应达平衡时，c（H₂）=0.03mol/L．

Answer 1

分析 （1）根据v=$\frac{△c}{△t}$计算二氧化碳的反应速率，根据三段式计算平衡时各物质的浓度，再根据化学平衡常数概念带入浓度计算化学平衡常数k；
（2）可逆反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，反应体系中各物质的物质的量不变、物质的量浓度不变以及由此引起的一系列物理量不变；
（3）如果一开始加入0.1mol的CO、0.1mol的H₂O、0.1mol的CO₂和0.1mol的H₂，与开始时加入0.3mol CO和0.3mol H₂O为等效平衡，所以平衡时c（H₂）相同．

解答 解：（1）根据v=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{0.03mol/L-0}{10min}$=0.003mol/（L•min）；由图知道平衡时二氧化碳的浓度为0.03mol/L，则反应消耗H₂O的浓度0.03mol/L，平衡时H₂O的浓度为：$\frac{0.2mol}{5L}$-0.03mol/L=0.01mol/L；
根据三段式：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始量（mol/L）0.04     0.04            0             0
转化量（mol/L）0.03     0.03           0.03        0.03
平衡量（mol/L）0.01     0.01           0.03        0.03
则平衡常数k=$\frac{c（C{O}_{2}）•c（{H}_{2}）}{c（CO）•c（{H}_{2}O）}$=$\frac{0.03×0.03}{0.01×0.01}$=9，
故答案为：0.03；  0.01；  9；
（2）①正、逆反应速率都为零，该反应没有开始，所以一定没有达到平衡状态，故错误；
②CO减小的化学反应速率和CO₂减小的化学反应速率相等，正逆反应速率相等，该反应达到平衡状态，故正确；
③CO、H₂O、CO₂、H₂的浓度都相等，该反应不一定达到平衡状态，与反应物初始浓度及转化率有关，故错误；
④CO、H₂O、CO₂、H₂的浓度都不再发生变化，该反应正逆反应速率相等，达到平衡状态，故正确．
故答案为：②④；
（3）如果一开始加入0.1mol的CO、0.1mol的H₂O、0.1mol的CO₂和0.1mol的H₂，与开始时加入0.3mol CO和0.3mol H₂O为等效平衡，则两种条件下，达到平衡状态时其H₂的物质的量浓度相等，所以达到平衡状态时，c（H₂）=0.03mol/L．
故答案为：0.03．

点评 本题考查化学平衡影响因素、反应方向判断、化学平衡常数计算、等效平衡等知识点，为高频考点，侧重考查学生分析计算能力，题目难度不大．