Question

【题目】一碳化学是指以分子中只含一个碳原子的化合物(如一氧化碳、二氧化碳、甲烷、甲醇等)为原料，用化工的方法制造产品的化学体系的总称。我国能源比较丰富，煤的探明储量6000亿吨，居世界第三位，因此，发展一碳化学有着优越的条件和光明的前途。请回答下列有关问题。

(1)已知在一定温度下有如下反应:

I.C(s)+CO2(g)2CO(g)H1=akJ/mol

II.CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g)△H2=bkJ/mol

III.C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)△H3________。

(2)在一恒容的密闭容器中，加入lmolCO(g)、2molH2O(g)，发生反应CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g) △H ，CO的平衡转化率随温度的变化如图所示：

①该反应的△H__0(填“<”或“>”。)

②在某温度下，能判断该反应是否达到化学平衡状态的依据是________。

a.混合气体中c(CO)不变 b.c(CO)=c(CO2)

c.υ正(H2O)=υ逆(H2) d.混合气体的平均相对分子质量不变

③A点时H2O(g)的转化率为__________。

④在体积不变时，要增大该反应的正反应速率可采取的措施是_______(写两条)。

⑤A点时该反应的平衡常数为________(保留到小数点后两位)。

⑥若在该容器中充入2molCO和3mol水蒸气进行反应，达到平衡时水蒸气的体积分数与H2的体积分数相等，则平衡后CO的体积分数为_______。

Answer 1

【答案】 (a+b)kJ/mol < ac 20% 升高温度、使用催化剂、充入CO或H2O 0.17 10%

【解析】（1）应用盖斯定律作答。

（2）①根据图像，升高温度，CO的平衡转化率减小，平衡向逆反应方向移动，ΔH0。

②根据化学平衡的特征和本质判断。

③根据图像计算转化CO物质的量，结合方程式计算转化H2O（g）的物质的量，进一步计算α（H2O）。

④根据浓度、压强、温度、催化剂等外界条件对化学反应速率的影响规律作答。

⑤用三段式计算A点时反应的平衡常数。

⑥用三段式计算平衡时CO的体积分数。

（1）应用盖斯定律，将I+II得，C（s）+H2O（g）CO（g）+H2（g）ΔH3=ΔH1+ΔH2=（a+b）kJ/mol。

（2）①根据图像，升高温度，CO的平衡转化率减小，平衡向逆反应方向移动，ΔH0。

②a项，混合气体中c（CO）不变说明反应达到平衡状态；b项，达到平衡时各组分的浓度保持不变，但不一定相等，c（CO）=c（CO2）不能说明反应达到平衡状态；c项，υ正（H2O）=υ逆（H2）说明反应达到平衡状态；d项，根据质量守恒定律，混合气体的总质量始终不变，该反应反应前后气体分子数不变，混合气体分子总物质的量始终不变，混合气体的平均相对分子质量始终不变，混合气体的平均相对分子质量不变不能说明反应达到平衡状态；能说明反应达到平衡状态的是a、c，答案选ac。

③根据图像A点时CO的平衡转化率为40%，转化CO物质的量为1mol40%=0.4mol，根据转化物质的量之比等于化学计量数之比，结合方程式CO（g）+H2O（g）H2（g）+CO2（g），转化H2O（g）物质的量为0.4mol，A点时H2O（g）的转化率为100%=20%。

④在体积不变时，要增大该反应的正反应速率可采取的措施是：升高温度（升高温度加快反应速率）、使用催化剂（使用催化剂加快反应速率）、充入CO或H2O（g）（增大反应物浓度加快反应速率）。

⑤A点CO的平衡转化率为40%，用三段式

CO（g）+H2O（g）H2（g）+CO2（g）

n（起始）（mol） 1 2 0 0

n（转化）（mol）140%=0.4 0.4 0.4 0.4

n（平衡）（mol） 0.6 1.6 0.4 0.4

设容器的容积为VL，A点时该反应的平衡常数===0.17。

⑥设转化CO物质的量为xmol，用三段式

CO（g）+H2O（g）H2（g）+CO2（g）

n（起始）（mol） 2 3 0 0

n（转化）（mol） x x x x

n（平衡）（mol） 2-x 3-x x x

平衡时水蒸气的体积分数与H2的体积分数相等，平衡时H2O（g）和H2物质的量相等，即3-x=x，解得x=1.5，平衡时CO的物质的量为2mol-1.5mol=0.5mol，平衡时混合气体总物质的量为5mol，平衡后CO的体积分数等于CO物质的量分数=100%=10%。