Question

低碳經(jīng)濟(jì)呼喚新能源和清潔環(huán)保能源．煤化工中常需研究不同溫度下的平衡常數(shù)、投料比及熱值等問題．
已知：CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）的平衡常數(shù)隨溫度的變化如下表：

溫度/℃	400	500	850
平衡常數(shù)	9.94	9	1

請回答下列問題：
（1）上述正反應(yīng)方向是

放熱

反應(yīng)（填“放熱”或“吸熱”）．
（2）850℃時在體積為10L反應(yīng)器中，通入一定量的CO和H₂O（g）發(fā)生上述反應(yīng)，CO和H₂O（g）濃度變化如下表，則0～4min的平均反應(yīng)速率v（CO）=

0.03

mol/（L?min）
850℃（或t₁℃）時物質(zhì)濃度（mol/L）的變化

時  間（min）	CO	H2O	CO2	H2
0	0.200	0.300	0	0
2	0.138	0.238	0.062	0.062
3	C1	C2	C3	C3
4	C1	C2	C3	C3
5	0.116	0.216	0.084
6	0.096	0.266	0.104

（3）若t₁℃（高于850℃）時，在相同容器中發(fā)生上述反應(yīng)，容器內(nèi)各物質(zhì)的濃度變化仍如如上表所示．
①t₁℃時表中C₁數(shù)值

大于

0.08mol/L （填大于、小于或等于）．
②反應(yīng)在4min～5min，平衡向逆方向移動，可能的原因是

D

（單選），表中5min～6min之間數(shù)值發(fā)生變化，可能的原因是

A

（單選）．
A．增加水蒸氣       B．降低溫度      C．使用催化劑         D．增加氫氣濃度
（4）若在500℃時進(jìn)行，若CO、H₂O的起始濃度均為0.020mol/L，在該條件下，CO的最大轉(zhuǎn)化率為：

75%

．

Answer 1

分析：（1）由表中數(shù)據(jù)可知，溫度越高平衡常數(shù)越小，說明升高溫度平衡向逆反應(yīng)移動，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)；
（2）由表中數(shù)據(jù)可知，3min、4min時，反應(yīng)混合物對應(yīng)物質(zhì)的濃度不變，處于與平衡狀態(tài)，令CO的濃度變化量為x mol/L，利用三段式表示出平衡時各組分的平衡濃度，根據(jù)平衡常數(shù)列方程計(jì)算x的值，再根據(jù)v=

△c

△t

計(jì)算；
（3）①根據(jù)（2）的計(jì)算可知850℃時平衡時CO的濃度，升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動，據(jù)此判斷；
②反應(yīng)在4min～5min，平衡向逆方向移動，根據(jù)平衡移動原理，結(jié)合選項(xiàng)判斷；
由表中數(shù)據(jù)可知，5min～6minCO的濃度降低，CO₂濃度增大，濃度變化都是0.02mol/L，說明平衡向正反應(yīng)移動，而水的濃度增大0.05mol/L，應(yīng)是增大水蒸氣的濃度；
（4）到達(dá)平衡時轉(zhuǎn)化率最大，令平衡時CO的濃度變化量為ymol/L，利用三段式用y表示平衡時各組分的濃度，代入平衡常數(shù)計(jì)算y的值，再根據(jù)轉(zhuǎn)化率定義計(jì)算．

解答：解：（1）由表中數(shù)據(jù)可知，溫度越高平衡常數(shù)越小，說明升高溫度平衡向逆反應(yīng)移動，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，故答案為：放熱；
（2）由表中數(shù)據(jù)可知，3min、4min時，反應(yīng)混合物對應(yīng)物質(zhì)的濃度不變，處于與平衡狀態(tài)，令CO的濃度變化量為x mol/L，則：
              CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）
開始（mol/L）：0.2    0.3      0      0
變化（mol/L）：x        x       x      x
平衡（mol/L）：0.2-x   0.3-x    x      x
故

x×x

(0.2-x)×(0.3-x)

=1，解得x=0.12
故v（CO）=

0.12mol/L

4min

=0.03mol/（L．min），
故答案為：0.03；
（3）①根據(jù)（2）的計(jì)算可知850℃時平衡時CO的濃度為0.2mol/L-0.12mol/L=0.08mol/L，升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動，故CO的濃度大于0.08mol/L，
故答案為：大于；
②反應(yīng)在4min～5min，平衡向逆方向移動，增大水蒸氣的濃度，平衡向正反應(yīng)移動，降低溫度平衡向正反應(yīng)移動，使用催化劑平衡不移動，增大氫氣的濃度，平衡向逆反應(yīng)移動，故4min～5min改變條件為增大氫氣的濃度，
由表中數(shù)據(jù)可知，5min～6minCO的濃度降低，CO₂濃度增大，濃度變化都是0.02mol/L，說明平衡向正反應(yīng)移動，而水的濃度增大0.05mol/L，應(yīng)是增大水蒸氣的濃度，
故答案為：D，A；
（4）到達(dá)平衡時轉(zhuǎn)化率最大，令平衡時CO的濃度變化量為ymol/L，則：
              CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）
開始（mol/L）：0.02    0.02      0      0
變化（mol/L）：y         y       y      y
平衡（mol/L）：0.02-y   0.02-y   y      y
故

y×y

(0.02-y)×(0.02-y)

=9，解得x=0.015
故CO的轉(zhuǎn)化率為

0.015mol/L

0.02mol/L

×100%=75%
故答案為：75%．

點(diǎn)評：考查化學(xué)平衡的有關(guān)計(jì)算及影響因素、化學(xué)平衡常數(shù)的有關(guān)計(jì)算等，難度中等，注意（4）中利用平衡常數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)化率的計(jì)算．