Question

2．已知：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=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$\frac{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$．该反应的Q＜0（填“＞”或“＜”）．
（2）850℃时在体积为10L的反应器中，通入一定量的CO和H₂O（g），发生上述反应，CO和H₂O（g）的物质的量浓度变化如图所示，则0～4min时平均反应速率v（CO）=0.03mol/（L•min）．
（3）若在500℃时进行．且CO、H₂O（g）的起始浓度均为0.020mol•L^-1，该条件下，CO的最大转化率为75%．
（4）若在850℃时进行，设起始时CO和H₂O（g）共为1mol，其中H₂O（g）的体积分数为x，平衡时CO的转化率为y，试推导y与x之间的关系x=y．

Answer 1

分析 （1）化学平衡常数是指：一定温度下，可逆反应到达平衡时，生成物的浓度系数次幂之积与反应物的浓度系数次幂之积的比，固体、纯液体不需要在化学平衡常数中写出；
由表中数据可知，温度越高平衡常数越小，说明升高温度平衡逆向应移动，升高温度平衡向吸热方向移动；
（2）根据v=$\frac{△c}{△t}$计算0～4min时平均反应速率v（CO）；
（3）到达平衡时CO的 转化率最大，令平衡时CO的浓度变化量为cmol/L，表示出平衡时各组分的浓度，再利用平衡常数列方程计算解答；
（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，平衡时CO的转化率为y，则转化的CO为（1-x）y mol，利用三段式法求出平衡时各组分的物质的量，代入800℃平衡常数计算解答．

解答 解：（1）CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）的平衡常数为K=$\frac{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$；
由表中数据可知，温度越高，平衡常数越小，说明升高温度平衡逆向应移动，升高温度平衡向吸热方向移动，故正反应为放热反应，则△H=Q＜0，
故答案为：$\frac{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$；＜；
（2）v（CO）=$\frac{0.2mol/L-0.08mol/L}{4min}$=0.03mol/（L•min），
故答案为：0.03mol/（L•min）；
（3）到达平衡时CO的 转化率最大，设CO的浓度变化量为c，则：
             CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）
起始（mol/L）：0.02   0.02     0      0
转化（mol/L）：c       c       c      c
平衡（mol/L）：0.02-c 0.02-c   c      c
500℃时反应平衡常数K=$\frac{c×c}{（0.02-c）×（0.02-c）}$=9，解得c=0.015，
CO的最大所以转化率为：$\frac{0.015mol/L}{0.2mol/L}$×100%=75%，
故答案为：75%；
（4）800℃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，平衡时CO的转化率为y，则转化的CO为（1-x）y  mol，则：
               CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）
起始（mol）：1-x      x           0          0
转化（mol）：（1-x）y  （1-x）y     （1-x）y   （1-x）y
平衡（mol）：（1-x）（1-y） （x-y+xy）（1-x）y   （1-x）y
所以平衡常数K=$\frac{（1-x）y×（1-x）y}{（1-x）（1-y）×（x-y+xy）}$=1，整理得x=y，
故答案为：x=y．

点评 本题考查化学平衡计算、平衡常数、反应速率计算等，掌握三段式在化学平衡计算中应用，掌握化学平衡常数的用途：1、判断反应进行的程度，2、判断反应的热效应，3、判断反应进行的方向，4、计算转化率等．