Question

3．温度为T₁时，向容积为2L 的密闭容器甲、乙中分别充入一定量的CO和H₂O（g），发生反应：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41kJ/mol．相关数据如下：

容器	甲		乙
反应物	CO	H2O	CO	H2O
起始时物质的量（mol）	1.2	0.6	2.4	1.2
平衡时物质的量（mol）	0.8	0.2	a	b
达到平衡的时间（min）	t 1		t 2

（1）甲容器中，反应在t₁min 内的平均速率v（H₂）=$\frac{0.2}{{t}_{1}}$mol/（L•min）．
（2）甲容器中，平衡时，反应放出的热量16.4kJ．
（3）T₁时，反应的平衡常数K _甲=1．
（4）乙容器中，a=1.6mol．
（5）解释升高温度使CO₂平衡浓度降低的原因：该反应为放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，CO₂平衡浓度降低．

Answer 1

分析 （1）计算出△n（CO），根据v=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$计算出用CO表示的平均反应速率，然后利用化学计量数关系计算出v（H₂）；
（2）根据反应CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41kJ/mol及平衡时消耗CO的物质的量计算放出热量；
（3）CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
反应前（mol）1.2         0.6               0              0
转化（mol）   0.4         0.4               0.4           0.4
平衡时（mol）0.8        0.2               0.4            0.4
先根据c=$\frac{n}{V}$计算平衡时各组分浓度，然后根据平衡常数表达式计算出T₁时反应的平衡常数K _甲；
（4）反应CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）为气体体积不变的反应，压强不影响化学平衡，则甲、乙达到平衡时CO的转化率相等，据此计算出a；
（5）该反应为放热反应，结合温度对化学平衡的影响分析．

解答 解：（1）甲容器中，反应在t₁min 内消耗CO的物质的量为：1.2mol-0.8mol=0.4mol，则该时间段内用CO表示的平均反应速率为：v（CO）=$\frac{\frac{0.4mol}{2L}}{{t}_{1}min}$=$\frac{0.2}{{t}_{1}}$mol/（L•min），根据化学计量数与反应速率成正比可知：v（H₂）=v（CO）=$\frac{0.2}{{t}_{1}}$mol/（L•min），
故答案为：$\frac{0.2}{{t}_{1}}$；
（2）甲容器中平衡时消耗CO的物质的量为：1.2mol-0.8mol=0.4mol，根据反应CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41kJ/mol可知平衡时放出热量为：41kJ/mol×0.4mol=16.4kJ，
故答案为：16.4；
（3）发生反应：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
反应前（mol）  1.2         0.6               0              0
转化（mol）     0.4         0.4              0.4           0.4
平衡时（mol）  0.8        0.2               0.4            0.4
在T₁达到平衡状态时甲容器中，c（CO）=$\frac{0.8mol}{2L}$0.4mol/L、c（H₂O）=$\frac{0.2mol}{2L}$=0.1mol/L、c（CO₂）=$\frac{0.4mol}{2L}$=0.2mol/L、c（H₂）=$\frac{0.4mol}{2L}$=0.2mol/L，
则该温度下反应的平衡常数K _甲=$\frac{0.2×0.2}{0.4×0.1}$=1，
故答案为：1；
（4）CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）为气体体积不变的反应，压强不影响化学平衡，则甲、乙互为等效平衡，达到平衡时反应物转化率相等，则：$\frac{0.8}{1.2}$=$\frac{a}{2.4}$，解得：a=1.6，
故答案为：1.6；
（5）反应CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）焓变小于0，为放热反应，升高温度后平衡向着逆向移动，导致二氧化碳的浓度减小，
故答案为：该反应为放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，CO₂平衡浓度降低．

点评 本题考查了化学平衡的计算，题目难度中等，涉及化学反应速率、化学平衡常数、等效平衡、化学平衡及其影响等知识，注意掌握化学反应速率、化学平衡常数的概念及表达式，明确化学平衡及其影响，试题知识点较多，充分考查了学生的分析能力及化学计算能力．