Question

19．．煤化工中常需研究不同温度下平衡常数、投料比及热值等问题．
已知：CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）平衡常数随温度的变化如下表：

温度/℃	400	500	800
平衡常数K	9.94	9	1

试回答下列问题：
（1）在800℃发生上述反应，以表中的物质的量投入恒容反应器，其中向正反应方向移动的有BCE（选填A、B、C、D、E）；

	n（CO）	n（H2O）	n（H2）	n（CO2）
A	1	5	2	3
B	2	2	1	1
C	3	3	0	0
D	0.5	2	1	1
E	3	1	2	1

（2）在1L密闭容器中通入10mol CO和10mol水蒸气，在500℃下经过30s达到平衡，则30s内CO的平均反应速率为0.25mol•L^-1•s^-1；
（3）已知在一定温度下，C（s）+CO₂（g）?2CO（g）平衡常数K；K的表达式$\frac{{c}^{2}（CO）}{c（C{O}_{2}）}$；
C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）平衡常数K₁；CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）平衡常数K₂；则K、K₁、K₂之间的关系是：K=$\frac{{K}_{1}}{{K}_{2}}$；
（4）某温度下C（s）+CO₂（g）?2CO（g）能判断该反应达到化学平衡状态的依据是CEF；
A．c（CO₂）=c（CO）          B．K不变              C．容器中的压强不变
D．v_正（CO）=2v_正（CO₂）      E．c（CO）保持不变       F．混合气体相对分子质量不变
（5）如图1所示，在甲、乙两容器中都充入1mol C和1mol CO₂，并使甲、乙两容器初始容积相等．在相同温度下发生反应C（s）+CO₂（g）?2CO（g），并维持反应过程中温度不变．已知甲容器中CO₂的转化率随时间变化的图象如图2所示，请在图2中画出乙容器中CO₂的转化率随时间变化的图象．

Answer 1

分析 （1）C中只有反应物，反应一定向正反应进行建立平衡，800℃时平衡常数K=$\frac{c（{H}_{2}）×c（C{O}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$=1，浓度商Qc＜K，反应向正反应进行，则n（CO₂）•n（H₂）＜n（CO）•n（H₂O）；
（2）在1L密闭容器中通入10mol CO和10mol水蒸气，在500℃下经过30s达到平衡，设平衡时消耗的CO为xmol，则：
            CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）
起始量（mol）：10      10       0       0
变化量（mol）：x       x        x       x
平衡量（mol）：10-x    10-x     x       x
根据平衡常数列方程计算x，再根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（CO）
（3）C（s）+CO₂（g）?2CO（g）平衡常数K=$\frac{{c}^{2}（CO）}{c（C{O}_{2}）}$；
C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）平衡常数K₁=$\frac{c（CO）×c（{H}_{2}）}{c（{H}_{2}O）}$，
CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）平衡常数K₂=$\frac{c（{H}_{2}）×c（C{O}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$，
（4）可逆反应到达平衡时，同种物质的正逆速率相等，各组分的浓度、含量保持不变，由此衍生的其它一些量不变，判断平衡的物理量应随反应进行发生变化，该物理量由变化到不再变化说明到达平衡；
（5）甲、乙两容器中都充入1mol C和1mol CO₂，并使甲、乙两容器初始容积相等，甲、乙两容器内起始压强相等，甲容器为恒温恒容，平衡时压强增大，而乙为恒温恒压，故乙中反应速率较慢，到达平衡时间较长，乙中平衡相等为在甲中平衡基础上降低压强，平衡正向移动，故平衡时乙中CO₂的转化率．

解答 解：（1）800℃时平衡常数K=$\frac{c（{H}_{2}）×c（C{O}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$=1，浓度商Qc＜K，反应向正反应进行，则n（CO₂）•n（H₂）＜n（CO）•n（H₂O），
A．3×2＞1×5，反应向着逆向移动，故A错误；
B．1×1＜2×2，反应向着正向移动，故B正确；
C．0×0＜3×3，反应向着正向移动，故C正确；
D．2×0.5=1×1，达到平衡状态，故D错误；
E．1×2＜1×3，平衡向着正向移动，故E正确；
故答案为：BCE；
（2）在1L密闭容器中通入10mol CO和10mol水蒸气，在500℃下经过30s达到平衡，设平衡时消耗的CO为xmol，则：
           CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）
起始量（mol）：10     10       0      0
变化量（mol）：x      x        x      x
平衡量（mol）：10-x   10-x     x      x
则$\frac{x×x}{（10-x）×（10-x）}$=9，解得x=7.5，则v（CO）=$\frac{\frac{7.5mol}{1L}}{30s}$=0.25mol•L^-1•s^-1，
故答案为：0.25mol•L^-1•s^-1；
（3）C（s）+CO₂（g）?2CO（g）平衡常数K=$\frac{{c}^{2}（CO）}{c（C{O}_{2}）}$；
C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）平衡常数K₁=$\frac{c（CO）×c（{H}_{2}）}{c（{H}_{2}O）}$，
CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）平衡常数K₂=$\frac{c（{H}_{2}）×c（C{O}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$，
故K=$\frac{{c}^{2}（CO）}{c（C{O}_{2}）}$=$\frac{c（CO）×c（{H}_{2}）}{c（{H}_{2}O）}$÷$\frac{c（{H}_{2}）×c（C{O}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$=$\frac{{K}_{1}}{{K}_{2}}$，
故答案为：$\frac{{c}^{2}（CO）}{c（C{O}_{2}）}$；$\frac{{K}_{1}}{{K}_{2}}$；
（4）A．平衡时CO₂、CO的浓度关系与转化率有关，平衡时不一定相等，不能证明反应达到平衡状态，故A错误；
B．平衡常数随温度变化，其他条件变化平衡可以发生移动，K不变不能说明反应达到平衡，故B错误；
C．反应前后气体体积变化，随反应进行压强发生变化，当容器中的压强不变时，说明反应达到平衡，故C正确；
D．v_正（CO）=2v_正（CO₂） 均表示正反应速率，速率之比等于化学方程式系数之比，反应始终按该比例关系进行，故D错误；
E．c（CO）保持不变，说明反应得到平衡，故E正确；
F．随反应进行CO₂、CO的物质的量之比减小，平均相对分子质量减小，混合气体相对分子质量不变，说明反应达到平衡，故F正确；
故选：CEF；
（5）甲、乙两容器中都充入1mol C和1mol CO₂，并使甲、乙两容器初始容积相等，甲、乙两容器内起始压强相等，甲容器为恒温恒容，平衡时压强增大，而乙为恒温恒压，故乙中反应速率较慢，到达平衡时间较长，乙中平衡相等为在甲中平衡基础上降低压强，平衡正向移动，故平衡时乙中CO₂的转化率，则乙中CO₂的转化率随时间变化的图象为
；
故答案为：．

点评 本题考查化学平衡计算与影响因素、平衡常数及其应用、平衡状态判断等，理解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．