Question

5．在密闭容器中，将起始浓度均为2mol/L的CO和H₂O混合加热到400℃，发生下列反应：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），一段时间后该反应达到平衡，测得CO的浓度为0.5mol/L，则：
（1）平衡时CO的转化率为75%；该反应在该温度时的化学平衡常数为9．
（2）在相同的条件下，如果H₂O和CO的起始浓度变为4mol/L，则CO的转化率为75%．
（3）800℃时，该反应的平衡常数为1，则该反应的△H＜0（填＞，＜，=）
（4）改变起始条件，在一体积为10L的容器中，通入一定量的CO和H₂O，在850℃时发生上述反应，CO和H₂O浓度变化如图，则0～4min的平均反应速率v（CO）=0.03mol/（L•min）
（5）t℃（高于850℃）时，在相同容器中发生上述反应，容器内各物质的浓度变化如表：

时间（min）	CO	H2O	CO2	H2
0	0.200	0.300	0	0
2	0138	0.238	0.062	0.062
3	C1	C2	C3	C3
4	C1	C2	C3	C3
5	0.116	0.216	0.084	0.104
6	0.096	0.266

t℃时物质浓度（mol/L）的变化
①表中3min～4min之间反应处于平衡状态； C₁数值大于0.08mol/L（填大于、小于或等于）． 
②反应在4min～5min之间，平衡向逆方向移动，可能的原因是D（单选），表中5min～6min之间数值发生变化，可能的原因是C（单选）．
A．使用催化剂     B．降低温度       C．增加水蒸气      D．增加氢气浓度．

Answer 1

分析 （1）依据化学平衡三段式列式计算，
                CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始量（mol/L）  2        2        0       0
变化量（mol/L） 1.5       1.5      1.5      1.5
平衡量（mol/L） 0.5       0.5      1.5      1.5
平衡时CO的转化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%，平衡常数K=$\frac{c（C{O}_{2}）c（{H}_{2}）}{c（CO）c（{H}_{2}O）}$；
（2）在相同的条件下，如果H₂O和CO的起始浓度变为4mol/L，相当于在原来的平衡状态下增大压强，反应前后气体体积不变，平衡不变；
（3）依据不同温度下的平衡常数比较分析可知，平衡常数随温度升高减小，说明平衡逆向进行；
（4）图象分析得到一氧化碳在4min内浓度变化，化学反应速率 v=$\frac{△c}{△t}$计算得到；
（5）①在高于850℃时发生反应，化学反应速率加快，一定在4min前达到化学平衡．另外从表中可看出反应在3min和4min时的各物质浓度相同，故3min-4min之间反应应处于平衡状态．由于是放热反应，温度升高，化学平衡向逆反应方向移动，C₁数值应大于0.08 mol/L；
②反应在4min-5min间，平衡向逆方向移动可能是升高温度、增大生成物浓度、减少反应物浓度等因素引起，表中5min-6min之间CO浓度减少，H₂O浓度增大，CO₂浓度增大，只有增加水蒸气，使化学平衡向正反应方向移动．

解答 解：（1）依据化学平衡三段式列式计算，
                CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始量（mol/L）  2        2        0       0
变化量（mol/L） 1.5       1.5      1.5      1.5
平衡量（mol/L） 0.5       0.5      1.5      1.5
转化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%=$\frac{1.5mol/L}{2mol/L}$×100%=75%，
平衡常数K=$\frac{c（C{O}_{2}）c（{H}_{2}）}{c（CO）c（{H}_{2}O）}$=$\frac{1.5×1.5}{0.5×0.5}$=9，
故答案为：75%；9；        
（2）在相同的条件下，如果H₂O和CO的起始浓度变为4mol/L，相当于在原来的平衡状态下增大压强，反应前后气体体积不变，平衡不变，反应物转化率不变为75%，
故答案为：75%；
（3）800℃时，该反应的平衡常数为1，400°C平衡常数K=9，则平衡常数随温度升高，平衡常数减小，说明升温平衡逆向进行，正反应为放热反应，则该反应的△H＜0，故答案为：＜；
（4）图象分析可知改变条件一氧化碳浓度变化为0.2mol/L-0.08mol/L=0.12mol/L，反应速率v=$\frac{0.12mol/L}{4min}$=0.03mol/（L•min），
故答案为：0.03 mol/（L•min）；
（5）①在高于850℃时发生反应，化学反应速率加快，一定在4min前达到化学平衡．另外从表中可看出反应在3min和4min时的各物质浓度相同，故3min-4min之间反应应处于平衡状态．由于是放热反应，温度升高，化学平衡向逆反应方向移动，C₁数值应大于0.08 mol/L，故答案为：平衡；大于；
②反应在4min-5min间，平衡向逆方向移动可能是升高温度、增大生成物浓度、减少反应物浓度等因素引起，故选D．表中5min-6min之间CO浓度减少，H₂O浓度增大，CO₂浓度增大，只有增加水蒸气，使化学平衡向正反应方向移动，故选C，故答案为：D；C．

点评 本题主要考查反应速率的计算、平衡移动的影响因素、平衡常数的计算，难度中等，要注意平衡常数只受温度的影响．