Question

已知：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=Q，其平衡常数随温度变化如下表所示：

温度/℃	400	500	850
平衡常数	9.94	9	1

请回答下列问题：
（1）上述反应的化学平衡常数表达式为：

 

．该反应的Q

 

0（填“＞”或“＜”）．
（2）850℃时在体积为10L反应器中，通入一定量的CO和H₂O（g），发生上述反应，CO和H₂O（g）浓度变化如图所示，则0～4min时平均反应速率v（CO）=

 

．
（3）若在500℃时进行，且CO、H₂O（g）的起始浓度均为0.020mol/L，该条件下，CO的最大转化率为

 

．
（4）若在850℃时进行，设起始时CO和H₂O（g）共为1mol，其中水蒸气的体积分数为x，平衡时CO的转化率为y，试推导y随x变化的函数关系式为

 

．
（5）有人提出可以设计反应2CO═2C+O₂（△H＞0）来消除CO的污染．请判断上述反应能否自发进行：

 

（填“可能”或“不可能”），理由是

 

．

Answer 1

考点：物质的量或浓度随时间的变化曲线

专题：化学平衡专题

分析：（1）根据平衡常数等于生成物的浓度幂之积除以反应物的浓度幂之积，根据平衡常数随温度的变化进行判断；
（2）根据图象中CO的浓度变化及v=

△c

△t

计算0～4min时平均反应速率v（CO）；
（3）到达平衡时转化率最大，令平衡时CO的浓度变化量为cmol/L，根据三段式法用c表示出平衡时各组分个浓度，再利用平衡常数列方程，求出c，再利用转化率定义计算；
（4）起始时水的物质的量为xmol，转化的CO的物质的量为 （1-x）ymol，利用三段式法求出平衡时各组分的物质的量，代入800℃平衡常数，据此解答；
（5）根据吉布斯自由能的大小判断反应能否进行．

解答： 解：平衡常数等于生成物的浓度幂之积除以反应物的浓度幂之积，故K=

c(CO2)c(H2)

c(CO)c(H2O)

，依据图表数据分析，升高温度，平衡常数减小，平衡逆向移动，故正反应为放热反应，△H＜0；
故答案为：K=

c(CO2)c(H2)

c(CO)c(H2O)

；＜；
（2）v（CO）=

0.20mol/L-0.08mol/L

4min

=0.03mol/（L?min），
故答案为：0.03mol/（L?min）；
（3）设CO的浓度变化量为c，则
             CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），
起始（mol/L）：0.02   0.02     0       0
转化（mol/L）：c        c     c       c
平衡（mol/L）：0.02-c 0.02-c   c       c
代入500℃时反应平衡常数有K=

c(CO2)c(H2)

c(CO)c(H2O)

=

c×c

(0.02-c)(0.02-c)

=9，解得c=0.015，
CO的最大所以转化率为：

0.015

0.2

×100%=75%，
故答案为：75%；
（4）因800℃时反应平衡常数为1．起始时水的物质的量为xmol，CO的物质的量为 （1-x）mol，则
              CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），
起始（mol/L）：（1-x）   x       0         0
转化（mol/L）：（1-x）y （1-x）y （1-x）y （1-x）y
平衡（mol/L）：（1-x）（1-y） （x-y+xy）（1-x）y （1-x）y
所以平衡常数k=

(1-x)y×(1-x)y

(1-x)(1-y)×(x-y+xy)

=1，解得y=x，
故答案为：y=x；
（5）反应2CO=2C+O₂（△H＞0），则△G=△H-T?△S＞0，反应△H＞0吸热且△S＜0，依据吉布斯自由能判断任何情况下不能自发进行，
故答案为：不能；△H＞0吸热且△S＜0（或依据吉布斯自由能判断）．

点评：本题考查化学反应速率和化学平衡有关知识的综合应用，同时考查学生用数学知识解决化学问题的能力，难度较大，注意根据平衡常数表达式及化学平衡三段式列式计算．