Question

20．实施以节约能源和减少废气排放为基本内容的节能减排政策，是应对全球气候问题、建设资源节约型、环境友好型社会的必然选择．化工行业的发展必须符合国家节能减排的总体要求．试运用所学知识，回答下列问题：
（1）已知在一定温度下，
①C（s）+CO₂（g）?2CO（g）△H₁=a kJ/mol        平衡常数K₁；
②CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）△H₂=b kJ/mol      平衡常数K₂；
③C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）△H₃        平衡常数K₃．
则K₁、K₂、K₃之间的关系是：K₃=K₁×K₂，△H₃=（a+b） kJ/mol（用含a、b的代数式表示）．
（2）煤化工通常通过研究不同温度下平衡常数以解决各种实际问题．已知等体积的一氧化碳和水蒸气进入反应器时，发生如下反应：CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），该反应平衡常数随温度的变化如下表所示：

温度/℃	400	500	800
平衡常数K	9.94	9	1

该反应的正反应方向是放热反应（填“吸热”或“放热”），若在500℃时进行，设起始时CO和H₂O的起始浓度均为0.020mol•L^-1，在该条件下，CO的平衡转化率为：75%．
（3）在催化剂存在条件下反应：H₂O（g）+CO（g）?CO₂（g）+H₂（g），CO转化率随蒸气添加量的压强比及温度变化关系如图所示：
对于气相反应，用某组分（B）的平衡分压强（P_B）代替物质的量浓度（c_B）也可以表示平衡常数（记作K_p），则该反应的K_p=$\frac{P（C{O}_{2}）•P（{H}_{2}）}{P（CO）•P（{H}_{2}O）}$．

Answer 1

分析 （1）根据平衡常数的表达式推断；由盖斯定律△H₃=△H₁+△H₂；
（2）温度升高K值减小，所以正反应为放热反应；令CO的浓度变化为c，用三段式表示出各物质变化的浓度、平衡时的浓度，再根据平衡常数计算；
（3）将化学平衡常数中的浓度c换成压强P就可以得到K_P．

解答 解：（1）根据化学方程式可知K₁=$\frac{{c}^{2}（CO）}{c（C{O}_{2}）}$，K₂=$\frac{c（{H}_{2}）c（C{O}_{2}）}{c（CO）c（{H}_{2}O）}$，K₃=$\frac{c（CO）c（{H}_{2}）}{c（{H}_{2}O）}$，所以：K₃=K₁×K；由盖斯定律△H₃=△H₁+△H₂，所以△H₃=（a+b） kJ/mol，故答案为：K₃=K₁×K₂；（a+b） kJ/mol；
（2）温度升高K值减小，所以正反应为放热反应，
对于反应        CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），
开始（mol/L）：0.02    0.02              0            0
变化（mol/L）：c         c                 c            c
平衡（mol/L）：0.02-c  0.02-c           c            c
所以$\frac{c×c}{（0.02-c）（0.02-c）}$=9，解得c=0.015，
所以CO的转化率为$\frac{0.015mol/L}{0.02mol/L}$×100%=75%，
故答案为：放热；75%；
（3）CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g），对于气相反应，用某组分（B）的平衡压强（p_B）代替物质的量浓度也可以表示平衡常数（记作K_p），反应的平衡常数=$\frac{P（C{O}_{2}）•P（{H}_{2}）}{P（CO）•P（{H}_{2}O）}$，故答案为：$\frac{P（C{O}_{2}）•P（{H}_{2}）}{P（CO）•P（{H}_{2}O）}$．

点评 本题考查化学平衡常数、平衡移动相关计算等，题目较为综合，涉及多方面的知识，难度中等，注意把握等效平衡的解题应用．