Question

3．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）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(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式為K=$\frac{c（C{O}_{2}）c（{H}_{2}）}{c（CO）c（{H}_{2}O）}$；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	0.6

從表中可以推斷：此反應(yīng)是放（填“吸”、“放”）熱反應(yīng)．在830℃下，若開始時(shí)間向恒容密閉容器中充入CO與H₂O均為1mol，則達(dá)到平衡后CO的轉(zhuǎn)化率為50%．
（2）此流程的第Ⅱ步反應(yīng)CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），在830℃，以表格的物質(zhì)的量（單位為mol）投入恒容反應(yīng)器發(fā)生上述反應(yīng)，其中反應(yīng)開始時(shí)，向正反應(yīng)方向進(jìn)行的有B（填實(shí)驗(yàn)編號(hào)）

實(shí)驗(yàn)編號(hào)	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）如圖表示第Ⅱ步反應(yīng)的速率（v）隨時(shí)間（t）變化的關(guān)系，下列說法中正確的是A．

A．t₂時(shí)加入了催化劑  B．t₃時(shí)降低了溫度 C．t₃時(shí)增大了壓強(qiáng)．

Answer 1

分析 （1）依據(jù)化學(xué)方程式和平衡常數(shù)概念列式寫出平衡常數(shù)表達(dá)式，平衡常數(shù)隨溫度升高減小，平衡逆向進(jìn)行，逆向是吸熱反應(yīng)，正向是放熱反應(yīng)；依據(jù)化學(xué)平衡三段式結(jié)合平衡常數(shù)計(jì)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(jìn)行的方向；
（3）反應(yīng)的方程式為CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），反應(yīng)前后體積不變，改變壓強(qiáng)平衡不移動(dòng)，且正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡逆向移動(dòng)，以此解答該題．

解答 解：（1）CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式為K=$\frac{c（C{O}_{2}）c（{H}_{2}）}{c（CO）c（{H}_{2}O）}$，圖表中平衡常數(shù)隨溫度升高減小，平衡逆向進(jìn)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(shí)向恒容密閉容器中充入CO與H₂O均為1mol，設(shè)反應(yīng)達(dá)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
$\frac{{x}^{2}}{（1-x）^{2}}$=1
計(jì)算x=0.5mol
則達(dá)到平衡后CO的轉(zhuǎn)化率=$\frac{0.5mol}{1mol}$×100%=50%；
故答案為：$\frac{c（C{O}_{2}）c（{H}_{2}）}{c（CO）c（{H}_{2}O）}$；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=$\frac{2×3}{1×5}$=1.2＞1，反應(yīng)逆向進(jìn)行；1Q_B=$\frac{1×1}{2×2}$=0.25＜1，反應(yīng)正向進(jìn)行； Q_C=$\frac{1×1}{0.5×2}$=1=K，為平衡狀態(tài)，
故答案為：B；
（3）反應(yīng)的方程式為CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），反應(yīng)前后體積不變，且正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，則
A．t₂時(shí)正逆反應(yīng)速率增大，且反應(yīng)速率相等，可為加入了催化劑，故A正確；
 B．t₃時(shí)正逆反應(yīng)速率都減小，且逆反應(yīng)速率大于正反應(yīng)速率，如降低了溫度，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，正反應(yīng)速率大于逆反應(yīng)速率，故B錯(cuò)誤；
 C．反應(yīng)前后體積不變，增大了壓強(qiáng)，平衡不移動(dòng)，正逆反應(yīng)速率相等，故C錯(cuò)誤．
故答案為：A．

點(diǎn)評(píng) 本題綜合考查化學(xué)平衡的計(jì)算，為高考常見題型，側(cè)重于學(xué)生的分析、計(jì)算能力的考查，題目涉及化學(xué)平衡的分析判斷，平衡常數(shù)的計(jì)算應(yīng)用，平衡移動(dòng)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．