Question

15．碳和碳的化合物在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用非常廣泛． 現(xiàn)將不同量的CO₂（g）和H₂（g）分別通入體積為2L的恒容密閉容器中，進(jìn)行如下反應(yīng)：CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g），得到如下三組數(shù)據(jù)：

實(shí)驗(yàn)組	溫度/℃	起始量/mol		平衡量/mol	達(dá)到平衡所需時(shí)間/min
		CO2	H2	CO
1	800	4	2.5	1.5	5
2	830	2	2	1	3
3	830	2	2	1	1

（1）實(shí)驗(yàn)1中，平衡常數(shù)K=0.9；v（H₂）=0.15mol/（L•min）該反應(yīng)的正反應(yīng)為吸（填“吸”或“放”）熱反應(yīng)；
（2）實(shí)驗(yàn)3跟實(shí)驗(yàn)2相比，改變的條件可能是使用了催化劑或增大了壓強(qiáng)
（答一種情況即可）；若該反應(yīng)符合圖所示的關(guān)系，則在圖中Y軸表示CO₂或H₂的百分含量（或其濃度、質(zhì)量、物質(zhì)的量等合理答案即可）．
（3）能判斷該反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的依據(jù)是bc（多選扣分）．
a．容器中壓強(qiáng)不變         b．混合氣體中c（CO ） 不變
c．v（H₂）_正=v（H₂O）_逆          d．c（CO₂）=c（CO）
（4）某溫度下，平衡濃度符合下式：c（CO₂）•c（H₂）=c（CO）•c（H₂O）由此可以判斷此時(shí)的溫度為830℃．其它條件不變，升高溫度，原化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)（填“正”或“逆”），容器內(nèi)混合氣體的密度不變（填“增大”、“減小”或“不變”）．
（5）若在該條件下，將0.4mol CO與0.2mol H₂O（g）混合加熱到830℃下達(dá)到平衡．平衡時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率33.3%．

Answer 1

分析 （1）首先計(jì)算出平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度，根據(jù)K=$\frac{c（CO）•c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）•c（{H}_{2}）}$計(jì)算；根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算；升高溫度，向吸熱方向進(jìn)行，據(jù)此分析；
（2）實(shí)驗(yàn)3跟實(shí)驗(yàn)2相比，溫度相同，濃度相同，但實(shí)驗(yàn)3達(dá)到平衡所用時(shí)間少，反應(yīng)速率更大，但平衡狀態(tài)一樣；
（3）化學(xué)平衡的標(biāo)志是正逆反應(yīng)速率相同，各組分濃度保持不變，衍生的條件滿(mǎn)足變量不變的原則分析判斷；
（4）某溫度下，平衡濃度符合下式：0.9•c（CO₂）•c（H₂）=c（CO）•c（H₂O），據(jù)此計(jì)算平衡常數(shù)，進(jìn)而判斷溫度；升高溫度平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，混合氣體的總質(zhì)量不變，混合氣體的總的物質(zhì)的量不變，據(jù)此分析；
（5）根據(jù)三段式計(jì)算出平衡時(shí)各組分的物質(zhì)的量，從而計(jì)算平衡時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率．

解答 解：（1）CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）
開(kāi)始（c）    2              1.25          0                0
變化           0.75           0.75         0.75           0.75
平衡          1.25            0.5           0.75          0.75  
K=$\frac{c（CO）•c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）•c（{H}_{2}）}$=$\frac{0.75×0.75}{1.25×0.5}=0.9$；v（H₂）=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{0.75}{5}=\\;\\;0.15mol/（L•min）$  0.15mol/（L•min）；因?yàn)樯�高溫度，向吸熱方向進(jìn)行，第二組溫度比第一組高，反應(yīng)物物質(zhì)的量比第一組減少，故正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，
故答案為：0.9；0.15mol/（L•min）；吸；
（2）實(shí)驗(yàn)3跟實(shí)驗(yàn)2相比，溫度相同，濃度相同，但實(shí)驗(yàn)3達(dá)到平衡所用時(shí)間少，反應(yīng)速率更大，但平衡狀態(tài)一樣，應(yīng)是使用了催化劑，由于反應(yīng)前后氣體體積不變，則增大了壓強(qiáng)，平衡也不移動(dòng)，也可能為壓強(qiáng)的增大，
故答案為：使用了催化劑或增大了壓強(qiáng)；
（3）a．混合氣體的總壓不變即總物質(zhì)的量不再改變：該反應(yīng)是氣體體積不變的反應(yīng)，無(wú)論是否達(dá)到平衡狀態(tài)，氣體的總物質(zhì)的量始終不變，無(wú)法根據(jù)混合氣體的總物質(zhì)的量判斷平衡狀態(tài)，故a錯(cuò)誤；
b．混合氣體中c（CO ） 不變，濃度不變是化學(xué)平衡狀態(tài)的標(biāo)志，故b正確；
c．v（H₂）_正=v（H₂O）_逆，表示的是正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率，且滿(mǎn)足化學(xué)計(jì)量數(shù)關(guān)系，說(shuō)明正逆反應(yīng)速率相等，達(dá)到了平衡狀態(tài)，故a正確；
d．c（CO₂）=c（CO），無(wú)法判斷正逆反應(yīng)速率是否相等，無(wú)法判斷是否達(dá)到平衡狀態(tài)，故d錯(cuò)誤；
故答案為：bc；
（4）當(dāng)溫度為830℃時(shí)，
                CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）
開(kāi)始（c）    1              1         0                0
變化         0.5           0.5          0.5           0.5
平衡       0.5            0.5           0.5          0.5 
K=$\frac{c（CO）•c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）•c（{H}_{2}）}$=$\frac{0.5×0.5}{0.5×0.5}$=1，該溫度下，平衡濃度符合下CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）的平衡常數(shù)k=$\frac{c（CO）•c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）•c（{H}_{2}）}$=1，故為830℃，該反應(yīng)正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，升高溫度平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，混合氣體的總質(zhì)量不變，體積不變，密度不變，
故答案為：830；正；不變；
（5）CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
開(kāi)始（mol•L^-1）：0.2        0.1             0                    0
變化（mol•L^-1）：x          x                x                    x
平衡（mol•L^-1）：0.2-x   0.1-x              x                   x
K=$\frac{c（CO）•c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）•c（{H}_{2}）}$=$\frac{x×x}{（0.2-x）（0.1-x）}$=1，解得x=$\frac{2}{30}$
故平衡后CO的轉(zhuǎn)化率為 $\frac{\frac{2}{30}}{0.2}$=$\frac{1}{3}$=33.3%
故答案為：33.3%．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡常數(shù)及影響因素、平衡移動(dòng)、平衡狀態(tài)的判斷等，難度中等，注意平衡狀態(tài)的判斷，選擇的物理量，隨著反應(yīng)的進(jìn)行發(fā)生變化，當(dāng)該物理量由變化到定值時(shí)，說(shuō)明可逆反應(yīng)到達(dá)平衡狀態(tài)．