Question

15．碳和碳的化合物在生产、生活中的应用非常广泛． 现将不同量的CO₂（g）和H₂（g）分别通入体积为2L的恒容密闭容器中，进行如下反应：CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g），得到如下三组数据：

实验组	温度/℃	起始量/mol		平衡量/mol	达到平衡所需时间/min
		CO2	H2	CO
1	800	4	2.5	1.5	5
2	830	2	2	1	3
3	830	2	2	1	1

（1）实验1中，平衡常数K=0.9；v（H₂）=0.15mol/（L•min）该反应的正反应为吸（填“吸”或“放”）热反应；
（2）实验3跟实验2相比，改变的条件可能是使用了催化剂或增大了压强
（答一种情况即可）；若该反应符合图所示的关系，则在图中Y轴表示CO₂或H₂的百分含量（或其浓度、质量、物质的量等合理答案即可）．
（3）能判断该反应达到化学平衡状态的依据是bc（多选扣分）．
a．容器中压强不变         b．混合气体中c（CO ） 不变
c．v（H₂）_正=v（H₂O）_逆          d．c（CO₂）=c（CO）
（4）某温度下，平衡浓度符合下式：c（CO₂）•c（H₂）=c（CO）•c（H₂O）由此可以判断此时的温度为830℃．其它条件不变，升高温度，原化学平衡向正反应方向移动（填“正”或“逆”），容器内混合气体的密度不变（填“增大”、“减小”或“不变”）．
（5）若在该条件下，将0.4mol CO与0.2mol H₂O（g）混合加热到830℃下达到平衡．平衡时CO的转化率33.3%．

Answer 1

分析 （1）首先计算出平衡时各物质的浓度，根据K=$\frac{c（CO）•c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）•c（{H}_{2}）}$计算；根据v=$\frac{△c}{△t}$计算；升高温度，向吸热方向进行，据此分析；
（2）实验3跟实验2相比，温度相同，浓度相同，但实验3达到平衡所用时间少，反应速率更大，但平衡状态一样；
（3）化学平衡的标志是正逆反应速率相同，各组分浓度保持不变，衍生的条件满足变量不变的原则分析判断；
（4）某温度下，平衡浓度符合下式：0.9•c（CO₂）•c（H₂）=c（CO）•c（H₂O），据此计算平衡常数，进而判断温度；升高温度平衡向正反应移动，混合气体的总质量不变，混合气体的总的物质的量不变，据此分析；
（5）根据三段式计算出平衡时各组分的物质的量，从而计算平衡时CO的转化率．

解答 解：（1）CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）
开始（c）    2              1.25          0                0
变化           0.75           0.75         0.75           0.75
平衡          1.25            0.5           0.75          0.75  
K=$\frac{c（CO）•c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）•c（{H}_{2}）}$=$\frac{0.75×0.75}{1.25×0.5}=0.9$；v（H₂）=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{0.75}{5}=\\;\\;0.15mol/（L•min）$  0.15mol/（L•min）；因为升高温度，向吸热方向进行，第二组温度比第一组高，反应物物质的量比第一组减少，故正反应为吸热反应，
故答案为：0.9；0.15mol/（L•min）；吸；
（2）实验3跟实验2相比，温度相同，浓度相同，但实验3达到平衡所用时间少，反应速率更大，但平衡状态一样，应是使用了催化剂，由于反应前后气体体积不变，则增大了压强，平衡也不移动，也可能为压强的增大，
故答案为：使用了催化剂或增大了压强；
（3）a．混合气体的总压不变即总物质的量不再改变：该反应是气体体积不变的反应，无论是否达到平衡状态，气体的总物质的量始终不变，无法根据混合气体的总物质的量判断平衡状态，故a错误；
b．混合气体中c（CO ） 不变，浓度不变是化学平衡状态的标志，故b正确；
c．v（H₂）_正=v（H₂O）_逆，表示的是正反应速率和逆反应速率，且满足化学计量数关系，说明正逆反应速率相等，达到了平衡状态，故a正确；
d．c（CO₂）=c（CO），无法判断正逆反应速率是否相等，无法判断是否达到平衡状态，故d错误；
故答案为：bc；
（4）当温度为830℃时，
                CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）
开始（c）    1              1         0                0
变化         0.5           0.5          0.5           0.5
平衡       0.5            0.5           0.5          0.5 
K=$\frac{c（CO）•c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）•c（{H}_{2}）}$=$\frac{0.5×0.5}{0.5×0.5}$=1，该温度下，平衡浓度符合下CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）的平衡常数k=$\frac{c（CO）•c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）•c（{H}_{2}）}$=1，故为830℃，该反应正反应是吸热反应，升高温度平衡向正反应移动，混合气体的总质量不变，体积不变，密度不变，
故答案为：830；正；不变；
（5）CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
开始（mol•L^-1）：0.2        0.1             0                    0
变化（mol•L^-1）：x          x                x                    x
平衡（mol•L^-1）：0.2-x   0.1-x              x                   x
K=$\frac{c（CO）•c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）•c（{H}_{2}）}$=$\frac{x×x}{（0.2-x）（0.1-x）}$=1，解得x=$\frac{2}{30}$
故平衡后CO的转化率为 $\frac{\frac{2}{30}}{0.2}$=$\frac{1}{3}$=33.3%
故答案为：33.3%．

点评 本题考查化学平衡常数及影响因素、平衡移动、平衡状态的判断等，难度中等，注意平衡状态的判断，选择的物理量，随着反应的进行发生变化，当该物理量由变化到定值时，说明可逆反应到达平衡状态．