Question

2．CO是生產(chǎn)羰基化學(xué)品的基本原料，對(duì)于以水煤氣為原料提取CO的工藝，如果氫氣
未能充分利用，則提高了CO生產(chǎn)成本，所以在煤化工中常需研究不同溫度下的平衡常數(shù)、投料比及熱值問題．反應(yīng)CO（g）+H₂O （g）?H₂（g）+CO₂（g）的平衡常數(shù)隨溫度的變化如表：

溫度/℃	400	500	800
平衡常數(shù)K	9.94	9	a

（1）上述反應(yīng)的逆反應(yīng)是吸熱（填“放熱”或“吸熱”）反應(yīng)．
（2）已知在一定溫度下：C（s）+CO₂（g）?2CO（g）   K
C（s）+H₂O （g）?H₂（g）+CO（g）       K₁
CO（g）+H₂O （g）?H₂（g）+CO₂（g）     K₂
則K、K₁、K₂、之間的關(guān)系是K=$\frac{{K}_{1}}{{K}_{2}}$．
（3）800℃時(shí)，在2L的恒容密閉容器中，充入2.0molCO（g）和3.0molH₂O（g），保持溫度不變進(jìn)行反應(yīng)：CO（g）+H₂O （g）?H₂（g）+CO₂（g），4min時(shí)反應(yīng)達(dá)到平衡，測(cè)得CO的轉(zhuǎn)化率為60%．
①0～4min內(nèi)，CO₂的平均反應(yīng)速率為0.15mol•L^-1•min^-1，800℃時(shí)a=1．
②800℃時(shí)四個(gè)不同容器中發(fā)生上述反應(yīng)，測(cè)得各物質(zhì)的濃度（mol•L^-1）如表，其中達(dá)到平衡狀態(tài)的是D（填字母）．

	A	B	C	D
c（CO2）	3	1	0.8	1
c（H2）	2	1	0.8	1
c（CO）	1	2	3	0.5
c（H2O）	2	2	3	2

Answer 1

分析 （1）由表中數(shù)據(jù)可知升高溫度平衡常數(shù)減小，說明平衡逆向移動(dòng)，以此判斷反應(yīng)熱；
（2）依據(jù)化學(xué)反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式計(jì)算分析；
（3）保持溫度不變進(jìn)行反應(yīng)：CO（g）+H₂O （g）?H₂（g）+CO₂（g），4min時(shí)反應(yīng)達(dá)到平衡，測(cè)得CO的轉(zhuǎn)化率為60%，可知消耗1.2molCO，生成1.2molCO₂，以此可計(jì)算CO₂的平均反應(yīng)速率，計(jì)算出平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度，可計(jì)算平衡常數(shù)；
根據(jù)各物質(zhì)的濃度計(jì)算濃度冪之積，與平衡常數(shù)相比較，可確定是否達(dá)到平衡狀態(tài)．

解答 解：（1）由表可知，溫度越高，平衡常數(shù)越小，反應(yīng)進(jìn)行程度越小，平衡向逆反應(yīng)移動(dòng)，升高溫度平衡向吸熱方向移動(dòng)，故正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，逆反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，故答案為：吸熱；
（2）反應(yīng)①C（s）+CO₂（g）?2CO（g）平衡常數(shù)K=$\frac{{c}^{2}（CO）}{c（C{O}_{2}）}$；
反應(yīng)②C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）平衡常數(shù)K₁=$\frac{c（{H}_{2}）•c（CO）}{c（{H}_{2}O）}$；
反應(yīng)③CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g） 平衡常數(shù)K₂=$\frac{c（{H}_{2}）•c（C{O}_{2}）}{c（CO）•c（{H}_{2}O）}$；
所以：$\frac{{K}_{1}}{{K}_{2}}$=$\frac{{c}^{2}（CO）}{c（C{O}_{2}）}$=K，
故答案為：$\frac{{K}_{1}}{{K}_{2}}$；
（3）①保持溫度不變進(jìn)行反應(yīng)：CO（g）+H₂O （g）?H₂（g）+CO₂（g），4min時(shí)反應(yīng)達(dá)到平衡，測(cè)得CO的轉(zhuǎn)化率為60%，可知消耗1.2molCO，生成1.2molCO₂，
v=$\frac{\frac{1.2mol}{2L}}{4min}$=0.15mol•L^-1•min^-1，
                     CO（g）+H₂O （g）?H₂（g）+CO₂（g）
起始（mol/L） 1              1.5              0             0
轉(zhuǎn)化（mol/L）0.6             0.6             0.6           0.6
平衡（mol/L） 0.4              0.9            0.6            0.6
K=$\frac{0.6×0.6}{0.4×0.9}$=1，
故答案為：0.15；1；
②如達(dá)到平衡，則平衡常數(shù)K=1，
A.$\frac{c{（H}_{2}）c{（CO}_{2}）}{c（CO）c{（H}_{2}O）}$=$\frac{3×2}{1×2}$=3＞1，沒有達(dá)到平衡狀態(tài)，故A錯(cuò)誤；
B.$\frac{c{（H}_{2}）c{（CO}_{2}）}{c（CO）c{（H}_{2}O）}$=$\frac{1×1}{2×2}$=$\frac{1}{4}$小于1，反應(yīng)向正反應(yīng)進(jìn)行，故B錯(cuò)誤；
C.$\frac{c{（H}_{2}）c{（CO}_{2}）}{c（CO）c{（H}_{2}O）}$=$\frac{0.8×0.8}{3×3}$＜1，沒有達(dá)到平衡狀態(tài)，故C錯(cuò)誤；
D.$\frac{c{（H}_{2}）c{（CO}_{2}）}{c（CO）c{（H}_{2}O）}$=$\frac{1×1}{0.5×2}$=1，處于平衡狀態(tài)，故D正確．
故答案為：D．

點(diǎn)評(píng) 本題主要考查平衡常數(shù)及其計(jì)算，為高頻考點(diǎn)，側(cè)重于學(xué)生的分析能力和計(jì)算能力的考查，難度較大，注意（2）平衡常數(shù)書寫，（3）有關(guān)平衡常數(shù)的運(yùn)用，為易錯(cuò)點(diǎn)．