Question

美國Bay等工廠使用石油熱裂解的副產(chǎn)物甲烷來制取氫氣，其生產(chǎn)流程如圖1：

（1）此流程的第Ⅱ步反應(yīng)為：CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），該反應(yīng)的化學平衡常數(shù)表達式為K=

 

；反應(yīng)的平衡常數(shù)隨溫度的變化如表：

溫度/℃	400	500	830	1000
平衡常數(shù)K	10	9	1

從表可以推斷：此反應(yīng)是

 

（填“吸”或“放”）熱反應(yīng)．在830℃下，若開始時向恒容密閉容器中充入CO與H₂O均為1mol，則達到平衡后CO的轉(zhuǎn)化率為

 

．
（2）在830℃，以下表的物質(zhì)的量（單位為mol）投入恒容反應(yīng)器發(fā)生上述第Ⅱ步反應(yīng)，其中反應(yīng)開始時，向正反應(yīng)方向進行的有

 

（填實驗編號）；

實驗編號	n（CO）	n（H2O）	n（H2）	n（CO2）
A	1	5	2	3
B	2	2	1	1
C	0.5	2	1	1

（3）在一個不傳熱的固定容積的容器中，判斷此流程的第Ⅱ步反應(yīng)達到平衡的標志是

 

．
①體系的壓強不再發(fā)生變化②混合氣體的密度不變
③混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不變④各組分的物質(zhì)的量濃度不再改變
⑤體系的溫度不再發(fā)生變化⑥v（CO₂）_正=v（H₂O）_逆
（4）圖2表示此流程的第Ⅱ步反應(yīng)，在t₁時刻達到平衡、在t₂時刻因改變某個條件濃度發(fā)生變化的情況：圖中t₂時刻發(fā)生改變的條件是（寫出兩種）

 

．

Answer 1

考點：化學平衡的計算,化學平衡的影響因素,化學平衡狀態(tài)的判斷

專題：化學平衡專題

分析：（1）依據(jù)化學方程式和平衡常數(shù)概念列式寫出平衡常數(shù)表達式，平衡常數(shù)隨溫度升高減小，平衡逆向進行，逆向是吸熱反應(yīng)，正向是放熱反應(yīng)；依據(jù)化學平衡三段式結(jié)合平衡常數(shù)計算一氧化碳的轉(zhuǎn)化率；
（2）依據(jù)濃度商和該溫度下的平衡常數(shù)比較金屬分析判斷反應(yīng)進行的方向；
（3）不傳熱的固定容積的容器中，反應(yīng)達到平衡的標志是正逆反應(yīng)速率相同，各成分含量保持不變分析判斷選項；
（4）在t₂時刻因改變某個條件濃度發(fā)生變化的情況是二氧化碳濃度增大，一氧化碳濃度減小，結(jié)合平衡移動原理分析．

解答： 解：（1）CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），該反應(yīng)的化學平衡常數(shù)表達式為K=

c(CO2)c(H2)

c(CO)c(H2O)

，圖表中平衡常數(shù)隨溫度升高減小，平衡逆向進行，逆向是吸熱反應(yīng)，正向是放熱反應(yīng)；在830℃，平衡常數(shù)=1，若開始時向恒容密閉容器中充入CO與H₂O均為1mol，設(shè)反應(yīng)達到平衡一氧化碳反應(yīng)物質(zhì)的量為x；
              CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），
起始量（mol） 1         1        0      0
變化量（mol）  x       x          x     x
平衡量（mol）1-x      1-x       x      x

x2

(1-x)2

=1
計算x=0.5mol
則達到平衡后CO的轉(zhuǎn)化率=

0.5mol

1mol

×100%=50%；
故答案為：

c(CO2)c(H2)

c(CO)c(H2O)

；放；50%；
（2）由濃度商和平衡常數(shù)比較可知，設(shè)體積為1L，則Q_A=

2×3

1×5

=1.2＞1，反應(yīng)逆向進行；1Q_B=

1×1

2×2

=0.25＜1，反應(yīng)正向進行； Q_C=

1×1

0.5×2

=1=K，為平衡狀態(tài)，
故答案為：B；
（3）在一個不傳熱的固定容積的容器中，判斷此流程的第Ⅱ步反應(yīng)CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），達到平衡的標志是正逆反應(yīng)速率相同；各組分含量保持不變；
①反應(yīng)前后氣體體積不變，反應(yīng)過程中壓強不變，體系的壓強不再發(fā)生變化不能判斷反應(yīng)達到平衡，故①不符合；
②反應(yīng)中混合氣體質(zhì)量守恒，體積不變，密度不變，混合氣體的密度不變不能說明反應(yīng)達到平衡，故②不符合；
③反應(yīng)前后氣體質(zhì)量守恒，反應(yīng)前后氣體體積不變，物質(zhì)的量不變，混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不變，不能說明反應(yīng)達到平衡，故③不符合；
④各組分的物質(zhì)的量濃度不再改變是平衡的標志，故④符合；
⑤體系的溫度不再發(fā)生變化絕熱容器溫度不變，說明反應(yīng)達到平衡，故⑤符合；
⑥反應(yīng)速率之比等于化學方程式計量數(shù)之比，v（CO₂）_正=v（H₂O）_逆，說明水蒸氣的正逆反應(yīng)速率相同，故⑥符合；
故答案為：④⑤⑥；
（4）CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），反應(yīng)是氣體體積不變的放熱反應(yīng)，在t₂時刻因改變某個條件濃度發(fā)生變化的情況是二氧化碳濃度增大，一氧化碳濃度減小，說明平衡正向進行，降低溫度，或增加水蒸氣的量或減少氫氣的量均可以實現(xiàn)，
故答案為：降低溫度，或增加水蒸氣的量或減少氫氣的量．

點評：本題考查了化學平衡的分析判斷，平衡常數(shù)的計算應(yīng)用，平衡移動原理的理解和影響因素的分析是解題關(guān)鍵，題目難度中等．