Question

18．已知某一温度下：H₂（g）+CO₂（g）?CO（g）+H₂O（g），K=1；现往1.0L的密闭容器中投入1.0molH₂以及2.0molCO₂．
（1）求反应达到平衡后两物质的转化率分别为多少？
（2）若保持相同的条件，改为投入1.0molH₂以及4.0molCO₂，求反应达到平衡后两物质的转化率又分别为多少？
（3）通过上面的计算，若在化工生产中得到启示是：增大反应中的一种反应物浓度，可以提高另一种反应物的转化率．

Answer 1

分析 （1）1.0L的密闭容器中投入1.0molH₂以及2.0molCO₂，则氢气和二氧化碳的浓度分别为1.0mol/L、2.0mol/L，设氢气转化的浓度为xmol/L，
   根据反应：H₂（g）+CO₂（g）?CO（g）+H₂O（g），利用三段式分析，
起始（mol/L）   1      2        0       0
转化（mol/L）   x      x        x       x
平衡（mol）   1-x   2-x       x       x
根据平衡常数K=$\frac{x•x}{（1-x）（2-x）}$=1，x=$\frac{2}{3}$，可求得平衡时的各物质的浓度，根据转化率=$\frac{已转化的浓度}{起始的浓度}$×100%计算；
（2）1.0L的密闭容器中投入1.0molH₂以及4.0molCO₂，则氢气和二氧化碳的浓度分别为1.0mol/L、4.0mol/L，设氢气转化的浓度为xmol/L，
   根据反应：H₂（g）+CO₂（g）?CO（g）+H₂O（g），利用三段式分析，
起始（mol/L）   1      4        0       0
转化（mol/L）   x      x        x       x
平衡（mol）   1-x   4-x       x       x
根据平衡常数K=$\frac{x•x}{（1-x）（4-x）}$=1，x=0.8，可求得平衡时的各物质的浓度，根据转化率=$\frac{已转化的浓度}{起始的浓度}$×100%计算；
（3）根据（1）和（2）中的数据，氢气的起始物质的量相同，其它反应条件也相同，只有二氧化碳的起始的物质的量不同，据此进行比较可得到结论．

解答 解：（1）1.0L的密闭容器中投入1.0molH₂以及2.0molCO₂，则氢气和二氧化碳的浓度分别为1.0mol/L、2.0mol/L，设氢气转化的浓度为xmol/L，
   根据反应：H₂（g）+CO₂（g）?CO（g）+H₂O（g），利用三段式分析，
起始（mol/L）   1      2        0       0
转化（mol/L）   x      x        x       x
平衡（mol）   1-x   2-x       x       x
根据平衡常数K=$\frac{x•x}{（1-x）（2-x）}$=1，x=$\frac{2}{3}$，
所以氢气的转化率=$\frac{已转化的浓度}{起始的浓度}$×100%=$\frac{\frac{2}{3}}{1}$×100%=66.7%，二氧化碳的转化率=$\frac{已转化的浓度}{起始的浓度}$×100%=$\frac{\frac{2}{3}}{2}$×100%=33.3%，
答：氢气的转化率为66.7%，二氧化碳的转化率为33.3%；
（2）1.0L的密闭容器中投入1.0molH₂以及4.0molCO₂，则氢气和二氧化碳的浓度分别为1.0mol/L、4.0mol/L，设氢气转化的浓度为xmol/L，
   根据反应：H₂（g）+CO₂（g）?CO（g）+H₂O（g），利用三段式分析，
起始（mol/L）   1      4        0       0
转化（mol/L）   x      x        x       x
平衡（mol）   1-x   4-x       x       x
根据平衡常数K=$\frac{x•x}{（1-x）（4-x）}$=1，x=0.8，
所以氢气的转化率=$\frac{已转化的浓度}{起始的浓度}$×100%=$\frac{0.8}{1}$×100%=80%，二氧化碳的转化率=$\frac{已转化的浓度}{起始的浓度}$×100%=$\frac{0.8}{4}$×100%=20%，
答：氢气的转化率为80%，二氧化碳的转化率为20%；
（3）根据（1）和（2）中的数据，氢气的起始物质的量相同，其它反应条件也相同，当二氧化碳的物质的量增大时，氢气的转化率会增大，所以在化工生产中得到启示是增大反应中的一种反应物浓度，可以提高另一种反应物的转化率，
答：增大反应中的一种反应物浓度，可以提高另一种反应物的转化率．

点评 本题考查了化学平衡常数的有关计算，明确化学平衡常数的表达式及其含义是解本题关键，会利用三段式法进行解答，会根据平衡浓度计算转化率，题目难度中等．