Question

15．在一定温度下的某容积可变的密闭容器中，建立下列化学平衡：C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）．
试分析和回答下列问题：
（1）可认定上述可逆反应在一定条件下已达到化学平衡状态的是BD（选填序号）．
A．体系的压强不再发生变化
B．v_正（CO）=v_逆（H₂O）
C．生成n molCO的同时生成n mol H₂
D．1mol H-H键断裂的同时断裂2molH-O键
（2）若上述化学平衡状态从正反应开始建立，达到平衡后，给平衡体系加压（缩小容积、其它条件不变．下同），则容器内气体的平均相对分子质量面将变大（填写不变、变小、变大）．
（3）若上述化学平衡状态从正、逆两反应同时建立[即起始时同时投放C（s）、H₂O（g）、CO（g）、H₂（g）]，达到平衡后，试讨论：
①容积内气体混合物的平均相对分子质量$\overline{M}$的取值范围是2＜$\overline{M}$＜28．
②若给平衡体系加压，请参照起始投放的气体物质的平均相对分子质量（设定为$\overline{M}$₁），分别给出$\overline{M}$的变化（请填写条件和结论）：当$\overline{M}$₁＜12时，$\overline{M}$减小；当$\overline{M}$₁=12时，$\overline{M}$不变；当$\overline{M}$₁＞12时，$\overline{M}$增大．

Answer 1

分析 （1）根据化学平衡状态的特征解答，当反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度、百分含量不变；平衡移动的原理来分析解答；
（2）缩小平衡体积，平衡不移动，但是密度增大，平均摩尔质量变大；
（3）①可以看到只有三种是气体，相对分子质量分别为H₂O（18），CO（28），H₂（2），混合之后，混合气体的平均相对分子质量不应该大于最大的28，也不能小于最小的2，理解方法就是极限法，假设绝大多数气体是H₂，只有一点点H₂O和CO，平均相对分子质量将会非常接近2；
②若给平衡体系加压，参照起始投放的气体物质的平均相对分子质量（设定为$\overline{M}$₁），分别给出$\overline{M}$的变化，
设反应平衡时候（加压之前）H2O为a mol，CO为b mol，H2为c mol 加压以后，平衡要向逆反应方向移动，设反应了x mol（x应该小于b，c中最小的那个）
达到新平衡后，三种物质的物质量为a+x b-x c-x 摩尔
根据平均相对分子质量的计算公式M₁$\frac{18a+28b+2c}{a+b+c}$，M=$\frac{18（a+x）+28（b-x）+2（c-x）}{a+x+b-x+c-x}$=$\frac{18a+28b+2c-12x}{a+b+c-x}$
很容易得到18a+28b+2c=M₁（a+b+c）
消去18a+28b+2c，得M=$\frac{{M}_{1}（a+b+c）-12x}{a+b+c-x}$=$\frac{（a+b+c-x）{M}_{1}+{M}_{1}x-12x}{a+b+c-x}$=M₁+$\frac{（{M}_{1}-12）x}{a+b+c-x}$
然后观察这个式子，进行讨论即可．

解答 解：（1）A．体系的压强一直不发生变化，故A错误；            
B．v_正（CO）=v_正（H₂O）=v_逆（H₂O），故B正确；
C．生成n molCO的同时生成n mol H₂，未体现正与逆的关系，故C错误；　　　
D．1mol H-H键断裂等效于，形成2mol H-O键，同时断裂2mol H-O键，故D正确；故选：BD，
故答案为：BD；
（2）若上述化学平衡状态从正反应开始建立，达到平衡后，给平衡体系加压（缩小体积），C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g），则加压化学平衡逆向进行，气体质量减小，气体物质的量减小，但气体物质的量减少的多，所以容器内气体的平均相对分子质量将变大，
故答案为：变大；
（3）①可以看到只有三种是气体，相对分子质量分别为H₂O（18），CO（28），H₂（2），混合之后，混合气体的平均相对分子质量不应该大于最大的28，也不能小于最小的2，混合气体中当相对分子质量最小的氢气的实际质量无限大时，其他的反应物无限小就可以忽略不计了，但还是有的，相对分子质量是大于2而不是大于等于2，同理最大的相对分子质量最大的是小于28，2＜$\overline{M}$＜28，故答案为：2＜$\overline{M}$＜28；
②若给平衡体系加压，参照起始投放的气体物质的平均相对分子质量（设定为$\overline{M}$₁），分别给出$\overline{M}$的变化，
设反应平衡时候（加压之前）H2O为a mol，CO为b mol，H2为c mol加压以后，平衡要向逆反应方向移动，设反应了x mol（x应该小于b，c中最小的那个）
达到新平衡后，三种物质的物质量为a+x b-x c-x 摩尔
根据平均相对分子质量的计算公式M₁$\frac{18a+28b+2c}{a+b+c}$，M=$\frac{18（a+x）+28（b-x）+2（c-x）}{a+x+b-x+c-x}$=$\frac{18a+28b+2c-12x}{a+b+c-x}$
很容易得到18a+28b+2c=M₁（a+b+c）
消去18a+28b+2c，得M=$\frac{{M}_{1}（a+b+c）-12x}{a+b+c-x}$=$\frac{（a+b+c-x）{M}_{1}+{M}_{1}x-12x}{a+b+c-x}$=M₁+$\frac{（{M}_{1}-12）x}{a+b+c-x}$
然后观察这个式子，进行讨论即可．
当M₁＜12时，后面的分式为负，平均相对分子质量变小
当M₁=12时，M=M₁，平均相对分子质量不变
当M₁＞12时，后面的分式为正，平均相对分子质量变大
当$\overline{M}$₁＜12时，$\overline{M}$减小；当$\overline{M}$₁=12时，$\overline{M}$不变；当$\overline{M}$₁＞12时，$\overline{M}$增大．
故答案为：当$\overline{M}$₁＜12时，$\overline{M}$减小；当$\overline{M}$₁=12时，$\overline{M}$不变；当$\overline{M}$₁＞12时，$\overline{M}$增大．

点评 本题考查了化学平衡状态的判断和化学平衡的移动，题目难度中等，注意当反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，但不为0，平均相对分子质量随平衡变化的特征分析判断，掌握基础是解题关键．