Question

18．在某一容积为5L的密闭容器内，加入 0.2mol的CO和0.2mol的H₂O，在催化剂存在和800℃的条件下加热，发生如下反应：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）；△H＞0反应中CO₂的浓度随时间变化情况如图：
（1）根据图数据，反应开始至达到平衡时，CO的化学反应速率为v（CO）=0.003mol/（L•min）；反应达平衡时，c（H₂）=0.03 mol/L，该温度下的平衡常数K=9（计算出结果）．
（2）判断该反应达到平衡的依据是①③．
①CO减少的化学反应速率和CO₂减少的化学反应速率相等
②CO、H₂O、CO₂、H₂的浓度都相等
③CO、H₂O、CO₂、H₂的浓度都不再发生变化
④正、逆反应速率都为零
（3）如要一开始加入0.1mol的CO、0.1mol的H₂O、0.1mol的 CO₂和0.1mol的H₂，在相同的条件下，反应达平衡时，c（H₂O）=0.01mol/L．

Answer 1

分析 （1）由图可知，10min达到平衡，CO₂的平衡浓度为0.03mol/L，则
      CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
开始0.04        0.04              0             0
转化 0.03        0.03             0.03        0.03
平衡 0.01        0.01            0.03         0.03
结合v=$\frac{△c}{△t}$及K为生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比；
（2）结合平衡的特征“等、定”判定平衡状态；
（3）加入0.1mol的CO、0.1mol的H₂O、0.1mol的 CO₂和0.1mol的H₂，Qc=$\frac{0.1×0.1}{0.1×0.1}$=1，与K比较判断反应进行的方向，并结合三段法及K不变计算．

解答 解：（1）由图可知，10min达到平衡，CO₂的平衡浓度为0.03mol/L，则
      CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
开始0.04        0.04              0             0
转化 0.03        0.03             0.03        0.03
平衡 0.01        0.01            0.03         0.03
反应开始至达到平衡时，CO的化学反应速率为v（CO）=$\frac{0.03mol/L}{10min}$=0.003mol/（L•min）；
由上述分析可知，反应达平衡时，c（H₂）=0.03mol/L，
该温度下的平衡常数K=$\frac{0.03×0.03}{0.01×0.01}$=9，
故答案为：0.003；0.03；9；
（2）①CO减少的化学反应速率和CO₂减少的化学反应速率相等，即正逆反应速率相同，达到平衡状态，故选；
②CO、H₂O、CO₂、H₂的浓度都相等，与起始量、转化率有关，不能判定平衡状态，故不选；
③CO、H₂O、CO₂、H₂的浓度都不再发生变化，为平衡特征“定”，达到平衡状态，故选；
④化学平衡为动态平衡，正、逆反应速率不可能为零，故不选；
故答案为：①③；
（3）加入0.1mol的CO、0.1mol的H₂O、0.1mol的 CO₂和0.1mol的H₂，体积为5L，Qc=$\frac{0.1×0.1}{0.1×0.1}$=1＜K，平衡正向移动，设转化的CO为x，则
         CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
开始 0.02        0.02              0.02           0.02
转化  x              x                     x             x
平衡 0.02-x        0.02-x            0.02+x         0.02+x
$\frac{（0.02+x）（0.02+x）}{（0.02-x）（0.02-x）}$=9，解得x=0.01mol/L，
反应达平衡时，c（H₂O）=0.02mol/L-0.01mol/L=0.01mol/L，
故答案为：0.01．

点评 本题考查化学平衡的计算，为高频考点，把握图象的应用、K及速率的计算、平衡移动为解答的关键，侧重分析与应用能力的考查，注意平衡移动原理与图象的结合，题目难度不大．